Човек трябва да се подчинява на природните закони, т.к. това са обективни закони и с порядък по-високи от законите на обществото. Общо са открити повече от 250 закона, нека назовем основните закони на развитието на природата (според Reimers N.F.):

• 1. Законът за биогенната миграция на атомите (Вернадски V.I.). Една от основните нужди е запазването на живата покривка на Земята в относително непроменено състояние. Този закон определя необходимостта от отчитане на въздействията върху биотата при всякакви проекти за преобразуване на природата;
• 2. Законът за вътрешния динамичен баланс, (всякакви промени в околната среда, материята, енергията, информацията и т.н. неизбежно водят до развитие на естествени верижни реакции или до образуване на нови екосистеми, чието формиране с промени в околната среда, може да стане необратим);
• 3. Законът "Всичко или нищо" (Х. Боулинг). Полезно при прогнозиране на околната среда;
• 4. Законът на постоянството (Вернадски V.I.). Количеството жива материя в природата е константа. Последица от закона е правилото за задължително запълване на екологичните ниши и косвено принципът на изключване (TF Gause);
• 5. Законът за минимума (Й. Либих). Издръжливостта на организма се определя от най-слабото звено във веригата на екологичните потребности;
• 6. Законът за ограничените природни ресурси (всички природни ресурси на Земята са ограничени;
• 7. Законът за развитие на природната система за сметка на околната среда. Абсолютно изолирано саморазвитие е невъзможно. Биосферата на Земята се развива не само за сметка на ресурсите на планетата, но и под контролното влияние на космическите системи (Слънчеви);
• 8. Законът за намаляване на интензивността на природата на готовите продукти (човешка ефективност от 2 до 5%, останалото отива на отпадъци);
• 9. Законът за падащия природно-ресурен потенциал. При един метод на производство и един вид технология природните ресурси стават по-малко достъпни и изискват увеличаване на разходите за труд и енергия за извличането им;
• 10. Законът за намаляване на енергийната ефективност на управлението на природата. Разходите за единица натурални продукти са се увеличили с 58-62 пъти в сравнение с каменната ера. Консумацията на енергия на човек (kcal/ден) през каменната ера е била 4 хил., в аграрното общество 12 хил., в напредналите индустриални страни сега 230-250 хил. От началото на 20-ти век количеството енергия на единица земеделска производството се е увеличило с 8 -10 пъти. Общата енергийна ефективност на селскостопанското производство е 30 пъти по-висока, отколкото в условията на примитивното земеделие. Десеткратно увеличение на разходите за енергия за торове, оборудването осигурява увеличение на добива само с 10-15%;
• 11. Законът за намаляващо (естествено) плодородие на почвата (обработваемата земя в света вече е загубила 50% при среден процент на загуба от 7 милиона ха/година). Интензифицирането на селскостопанското производство ви позволява да получавате повече култури с по-малко труд и частично неутрализира ефекта на Закона за намаляване на плодородието, но в същото време енергийната ефективност на производството намалява;
• 12. Законът за физическото и химичното единство на живата материя (V.I. Vernadsky). Всички живи вещества на Земята са физически и химически еднакви. Всякакви физични и химични агенти, които са смъртоносни за едни организми (контрол на вредителите), не могат да не влияят вредно на други (човек се трови с отрови и пестициди!);
• 13. Закон за екологичната корелация. (Особено важно за опазването на животинските видове);
• 14. „Закони” на екологията Б. Комунер: 1) всичко е свързано с всичко; 2) всичко трябва да отиде някъде; 3) природата "знае" по-добре. 4) нищо не се дава безплатно.

клетъчна теория(Т. Шван, М. Шлайден, Р. Вирхов).
Всички живи същества - растения, животни и едноклетъчни организми - се състоят от клетки и техните производни. Клетката е не само единица структура, но и единица за развитие на всички живи организми. Всички клетки се характеризират с прилики в химичния състав и метаболизма. Дейността на организма се състои от активността и взаимодействието на съставните му независими клетъчни единици. Всички живи клетки произлизат от живи клетки.

Хромозомна теория за наследствеността(Т. Морган).
Хромозомите с локализирани в тях гени са основните материални носители на наследствеността.

• Гените са разположени върху хромозоми и в рамките на една хромозома образуват една свързваща група. Броят на свързващите групи е равен на хаплоидния брой хромозоми.
• Гените са подредени линейно в хромозомата.
• При мейозата може да се случи кръстосване между хомоложни хромозоми, чиято честота е пропорционална на разстоянието между гените.

Теория за произхода на живота на Земята(A. I. Oparin, J. Haldane, S. Foke, S. Miller, G. Meller).
Животът на Земята е възникнал по абиогенен начин.

1. Органичните вещества се образуват от неорганични вещества под въздействието на физически фактори на околната среда.
2. Те си взаимодействаха, образувайки все по-сложни вещества, в резултат на което се появяват ензими и самовъзпроизвеждащи се ензимни системи – свободни гени.
3. Свободните гени придобиха разнообразие и започнаха да се комбинират.
4. Около тях се образуват протеиново-липидни мембрани.
5. Автотрофните организми са еволюирали от хетеротрофни организми.

Теория на еволюцията(К. Дарвин).
Всички многобройни форми на растения и животни, които сега съществуват, произлизат от по-прости организми, които са съществували по-рано чрез постепенни промени, натрупващи се в последователни поколения.

Теорията на естествения подбор(К. Дарвин).
В борбата за съществуване в естествени условия оцеляват най-способните. Естественият подбор запазва всички жизнени показатели, които действат в полза на организма и вида като цяло, в резултат на което се образуват нови форми и видове.

Мембранна теория(M. Traube, W. Pfeffer, C. Overton).
Идва от клетъчната теория. Обяснява свойствата на клетката (пропускливост, способност за селективно натрупване на вещества, способност за поддържане на осмотична стабилност и способност за генериране на електрически потенциали) със свойствата на нейната плазмена мембрана, представена от двоен слой от фосфолипиди, проникнали частично или напълно от протеини, с "натриеви", "калиеви" и други (около 30 разновидности) канали. В момента постепенно се признава за неплатежоспособна.

Фазова теория(B. Moore, M. Fisher, V. Lepeshkin, D.N. Nasonov, A.S. Troshin, G. Ling)
Произлиза от теорията за саркод на Дюжарден. Това е алтернатива на общоприетата теория за мембраните. Представлява мембраната като граница на поляризирана ориентирана вода и въз основа на това обяснява свойствата на клетката, разглеждайки самата клетка като протоплазма - колоидна система, фазите на която се образуват от подреден набор от протеинови молекули, вода и йони, обединени в едно цяло чрез възможността за взаимни преходи.

Законите

• биогенетичен закон(Ф. Мюлер, Е. Хекел, А. Н. Северцов). Онтогенезата на един организъм е кратко повторение на ембрионалните етапи на предците. В онтогенезата се полагат нови пътища на тяхното историческо развитие - филогенезата.
• Закон за зародишното сходство(К. Баер). В ранните етапи ембрионите на всички гръбначни животни са подобни един на друг, а по-развитите форми преминават през етапите на развитие на по-примитивните форми.
• Закон за необратимостта на еволюцията(Л. Доло). Един организъм (популация, вид) не може да се върне в предишното си състояние, вече реализирано в поредицата от своите предци.
• Закон на еволюционното развитие(К. Дарвин). Естественият подбор, основан на наследствената изменчивост, е основната движеща сила зад еволюцията на органичния свят.
• Закони за наследяване(Г. Мендел, 1865 г.):
  1. Законът за еднородност на хибридите от първо поколение (първия закон на Мендел) - при монохибридно кръстосване се появяват само доминантни белези при хибридите от първо поколение - той е фенотипно еднороден.
  2. Законът за разделянето (вторият закон на Мендел) - по време на самоопрашване на хибриди от първо поколение в потомството, характеристиките се разделят в съотношение 3: 1 и се образуват две фенотипни групи - доминантна и рецесивна.
  3. Законът за независимото наследяване (трети закон на Мендел) – при хибридно кръстосване в хибридите всяка двойка признаци се наследява независимо от другите и дава различни комбинации с тях. Образуват се четири фенотипни групи, характеризиращи се със съотношение 9:3:3:1.

Хипотеза за честотата на гаметите(G. Mendel, 1865): двойки алтернативни черти, открити във всеки организъм, не се смесват по време на образуването на гамети и по една от всяка двойка преминава в тях в чист вид.

• Законът за свързаното наследяване(T. Morgan, 1911) Свързаните гени, разположени на една и съща хромозома, се наследяват заедно и не показват независимо разпределение
• Закон за хомоложните редове на наследствената променливост(N. I. Vavilov, 1920) Генетично близки видове и родове се характеризират със сходни серии от наследствена изменчивост.
• Закон за генетичния баланс в популациите(Г. Харди, В. Вайнберг). В безкрайно голяма популация, при липса на фактори, които променят концентрацията на гените, при свободно кръстосване на индивиди, липса на селекция и мутация на тези гени и липса на миграция, числените съотношения на генотипите AA, aa, Аа от поколение на поколение остават постоянни. Честотите на членовете на двойка алелни гени в популациите се разпределят в съответствие с разширяването на бинома на Нютон (pA + qa)2.
• Закон за запазване на енергията(И. Р. Майер, Д. Джоул, Г. Хелмхолц). Енергията не се създава и не изчезва, а само преминава от една форма в друга. При преминаването на материята от една форма в друга промяната в нейната енергия стриктно съответства на увеличаването или намаляването на енергията на взаимодействащите с нея тела.
• Закон за минимума(Ю. Либих). Издръжливостта на организма се определя от най-слабото звено във веригата на неговите екологични нужди, тоест от минималния фактор.
• Правило за взаимодействие на факторите:организмът е в състояние да замести дефицитното вещество или друг активен фактор с друго функционално подобно вещество или фактор.
• Закон за биогенната миграция на атомите(В. И. Вернадски). Миграцията на химични елементи на земната повърхност и в биосферата като цяло се извършва или с прякото участие на живата материя (биогенна миграция), или протича в среда, чиито геохимични характеристики се определят от живата материя, както тази, която в момента съставлява биосферата и тази, която е съществувала на Земята през цялата геоложка история.

модели

1. детерминизъм- предопределеност поради генотип; закономерност, в резултат на която от всяка клетка се образува определена тъкан, определен орган, което възниква под влияние на генотипа и фактори на околната среда, включително съседни клетки (индукция по време на образуването на ембриона).
2. Единството на живата материя- неразделна молекулярно-биохимична съвкупност от жива материя (биомаса), системно цяло с характеристики, характерни за всяка геоложка ера. Унищожаването на видовете нарушава естествения баланс, което води до рязка промяна в молекулярните и биохимичните свойства на живата материя и невъзможността за съществуването на много процъфтяващи в момента видове, включително и хората.
3. Модел на географско разпределение на центровете на произход на културните растения(N.I. Vavilov) - концентрацията на центрове на морфогенеза на култивирани растения в онези региони на земното кълбо, където се наблюдава тяхното най-голямо генетично разнообразие.
4. Моделът на екологичната пирамида- съотношението между производители, консуматори и разложители, изразено в тяхната маса и изобразено под формата на графичен модел, където всяко следващо хранително ниво е 10% от предишното.
5. Зониране- естественото разположение на земното кълбо на природни зони, които се различават по климат, растителност, почви и дива природа. Зоните са широчинни (географски) и вертикални (в планините).
6. Променливост- способността на организмите да променят своите характеристики и свойства; генотипната вариация се наследява, фенотипната вариация не е.
7. Метамеризъм- повторение на еднотипни части от тялото или органа; при животните - съчлененото тяло на червеи, ларви на мекотели и членестоноги, гърдите на гръбначните; при растенията възлите и междувъзлията на стъблото.
8. Наследственост- способността на организмите да предават своите характеристики и свойства на следващото поколение, тоест да възпроизвеждат свой собствен вид.
9. полярност- противоположни на краищата на тялото: при животните - преден (глава) и заден (опашка), при растения - горен (хелиотропен) и долен (геотропен).
10. фитнес- относителната целесъобразност на структурата и функциите на тялото, която е резултат от естествения подбор, елиминиращ неприспособените към дадените условия на съществуване.
11. Симетрия- правилно, правилно подреждане на частите на тялото спрямо центъра - радиална симетрия (някои безгръбначни, аксиални органи на растения, правилни цветя) или спрямо права линия (ос) или равнина - двустранна симетрия (част от безгръбначни и всички гръбначни, в растения - листа и неправилни цветове).
12. цикличност- повторение на определени периоди от живота; сезонни цикли, дневни цикли, жизнени цикли (периодът от раждането до смъртта). Цикличност в редуването на ядрени фази – диплоидна и хаплоидна.

Решете с отговори.

НОВО В ЖИВОТА, НАУКАТА, ТЕХНОЛОГИЯТА

АБОНАМЕНТ НАУЧНО ПОПУЛЯРНО СЕРИЯ

БИОЛОГИЯ

1/1990

Публикува се всеки месец от 1967 г.

Г. Н. Чернов,

кандидат на биологичните науки

ЗАКОНИТЕ

ТЕОРЕТИЧЕСКИ

БИОЛОГИЯ

Издателство "Знание" Москва 1990г

BBK28.0

ЧЕРНОВ Генадий Николаевич - кандидат биологични науки, старши научен сътрудник във VNIISENTI на Министерството на медицинската индустрия на СССР - изследва развитието на биотехнологиите в чужбина. Свързани с темата на тази брошура са произведенията на автора „Н. П. Кренке и неговата теория за стареене и подмладяване” и „Биотехнология в рамките на системно-историческия подход”.

На2-ра страна на чертежите на корицата: / - изглед на Земята от космоса (въз основа на публикацията "Грийнпийс »); 2 - гарванче гнездо. Мъжкият носи храна на женската, която не оставя яйцето инкубирано през зимата (от илюстрациите на В. Кърдов до творбите на Виталий Бианки); 3 - възрастова крива (по Н. П. Кренке); 4 - Кроманьон на лов (според Пиер Лоран); 5 - схема на клетъчно клониране (от книгата на Р. В. Петров "Имунология"); 6 - схема на насочена еволюция (според А. Н. Север-йов)

Чернов Г. Н.

449 Закони на теоретичната биология. - М.: Знание, 1990. - 64 с. - (Ново в живота, науката, техниката. Серия "Биология"; бр. 1). ISBN 5-07-000742-4 15 к.

Разгледани са основните теоретични обобщения, до които е стигнала биологичната наука по пътя на своето развитие от Карл Линей до наши дни. Популяризирайки тези обобщения, авторът им придава формата на дванадесетте закона на теоретичната биология.

1901000000

ISBN 5-07-000742-4

BBC 28.0

© Чернов Г.Н., 1990г

Въведение

За да разберем и покажем какво е животът, трябва да разгледаме всички форми на живот и да ги изобразим във взаимната им връзка.

Ф. ЕНГЕЛС

Правото като теоретичен компонент на науката е научно обобщение, което кратко и точно изразява съществените страни, връзки и връзки на изучаваните явления, обекти и системи. Тази брошура формулира законите на организацията и развитието на живата материя, които съставляват основното теоретично съдържание на общата биология.Авторът изобщо не претендира, че е открил тези закони. Говорим за кристализацията им от сбора от изводи и обобщения, до които науката е стигнала досега. Най-добре е да назовете извършената работа научна кодификация(привеждане в система) законите на теоретичната биология.

Най-важните факти и обобщения, които бяха предмет на нашия анализ, бяха получени на базата на различни експериментални, описателни и теоретични методи за опознаване на живата природа. Следователно теоретичната биология, представена тук, не е резултат само от спекулации: тя отразява методологическата система на биологичните науки като цяло. Самата кодификация на законите обаче е чисто теоретичен проблем, решен с помощта на системно-исторически анализ.Целта на този анализ, който е един от аспектите на материалистичната диалектика, е да разкрие реалната структура на изследваната система (в нашия случай системата от закони), взаимодействието на нейните елементи и връзката им със системата като едно цяло, да покаже целостта на системата, да определи етапите, насоките, факторите и перспективите за нейното развитие. Представената система от закони ни приближава до посочената тук цел, въпреки че оставя много нерешени въпроси.

1. Атрибутивност (предаността определено е

възразявам). Системата от закони на теоретичната биология, изхождайки от дефиницията на нейния предмет, трябва да принадлежи към общата биология, тоест тя трябва да бъде от общобиологична, а не от частен или чисто философски характер. Това изискване беше задоволено чрез подбора на общи биологични научни концепции, залегнали в основата на описаните закони.

2. Доказателство За разлика от хипотезата, т.е. предположението, научният закон е локализирано обобщение. Именно обобщенията, доказани от целия ход на развитието на науката и многократно потвърдени от изследванията на различни учени, влязоха в формулираната тук система от закони на теоретичната биология, теоретични обобщения в тази област.

3. Краткост Теоретичната биология трябва да бъде достатъчно компактна, в нея няма място за подробно разглеждане на детайлите, с които биологичните науки са толкова богати. За да изпълни това изискване, авторът се стреми към краткост и сбитост на изложението.

4. Последователност Взети заедно, законите на теоретичната биология трябва да бъдат интегрална научна система, а не набор от различни истини. Изпълнението на това изискване се основава на единството на биологичната форма на движение на материята – единството, дължащо се на общия произход и системна организация на живите. Холистичният характер на представения набор от закони се потвърждава от логическата връзка между тях. Тук е особено важно да се подчертае фундаменталното значение на законите, включени в раздела "Биологична еволюция". Изразеният в тях принцип на историзъм и органична целесъобразност е включен в мотивационната част или се подразбира в представянето на по същество всички други закони на теоретична биология и следователно ги обединява в едно цяло.

5. Историчност.Законите на науката в хода на своето развитие могат да се променят, като запазват своята самоидентичност, обусловена от запазването на историческата им основа. Следователно в много случаи имаме право на

да идентифицира като един и същ закон теоретичните изводи, направени в миналото с тяхната съвременна формулировка, т. е. първоначалната идея с нейното последващо развитие. Предложените от автора формулировки на закони и тяхната система като цяло, в съответствие с принципа на историзма, не могат да претендират за окончателност. Легитимни са и други варианти на конструиране на законите на теоретичната биология. Авторът обаче смята, че научното значение на всички представени тук обобщения, без значение колко стар е произходът им, е толкова голямо, че едва ли е възможно да се изгради съвременната теоретична биология като цялостна система от знания без тях.

6. Номинативност. За да подчертае приоритета и ролята на изтъкнатите учени във формирането на представените тук обобщения, с цел опростяване на препратките към тези обобщения, както и за дидактически цели, авторът решава да присвои на всеки от дадените тук закони имената на учените, с които се свързват тези обобщения. Номинативността, назоваването на закони допринася за тяхното одобрение в науката в това качество и това обстоятелство, разбира се, също послужи като аргумент в полза на решението.

Основните обобщения на теоретичната биология са обобщени тук в 12 закона, отнасящи се до 6 от нейните области.

Система на органичния свят

Разглеждайки света на живите организми, обитаващи Земята, може да се убеди, че той представлява две йерархични системи: таксономичени геобиологични.

Изучаването на органичния свят като таксономична система е задача на биологичната систематика, основана на всеобхватни познания за организмите и систематичните групи (таксони). Представянето на тази система в исторически, еволюционен план (и именно по този начин тя може да бъде напълно разбрана) изисква систематиката да използва данните от палеонтология, ембриология, еволюционна морфология и физиология. Тук са представени най-общите теоретични заключения на тази група биологични науки

закона за единството и разнообразието на живота или закона на Сен Илер.

Изучаването на органичния свят като геобиологична система е задача на науките за геобиологичния комплекс, който включва биогеография, биологично почвознание, хидробиология, биогеоценология и биогеохимия. Обобщение на основните заключения на тези науки се съдържа в закона за глобалността на живота или първия закон на Вернадски.

Тези две йерархични системи (таксономична и геобиологична) са по някакъв начин взаимосвързани на много нива и се сливат на нивото на видовете популации. Това ниво на организация на живите принадлежи или към едната, или към другата от тези системи. Следователно съчетаването на двата названи закона в обща рамка отразява реални взаимовръзки, анализът на които може да формира съдържанието на специални изследвания.

След тези кратки забележки преминаваме директно към разглеждането на законите, които съставляват основното съдържание на този раздел. Разглеждането на всеки закон започва с формулирането на неговата теза, след което ще бъдат дадени необходимите обяснения и коментари. Този ред на представяне е възприет в следващите раздели.

Законът за единството и разнообразието на живота или законът на Сен Илер

1. Животът на Земята е представен от огромно разнообразие от органични форми с различна степен на сложност – от вируси до хора. Цялото това разнообразие формира естествена таксономична система, състояща се от йерархиченгрупи - таксониразличен ранг.

2. Единството на органичните форми се проявява и в рамките на всяка таксономична група от всякакъв ранг и живия свят като цяло чрез съответните сходства в тяхната организация.

3. Сходството на структурата и функциите на различните органични форми се дължи на общостта на техния произход (хомология),паралелизмадаптивна ("адаптивна") еволюция в подобни условия на околната среда (аналогия),както и действието на номогенетичния (на гръцки "номос" - закон) компонент на еволюцията (помология),определяне на естествени

естеството на разпространението между живите форми на знаци, които не са свързани с адаптации и с единството на произхода. Съотношението на тези фактори в различните специфични случаи на сходство може да бъде различно, до нулева стойност на един или друг от тях.

4. Разнообразието от органични форми отразява историческата последователност на тяхното възникване и развитие от просто към сложно, разнообразието от условия за еволюция, нейния дивергентен (дивергентен) и адаптивен (адаптивен) характер, многопосочния характер на мутационния процес.

Отделно растение се разглежда в систематиката като принадлежащо към редица таксони от последователно подчинени рангове, сред които основният е видът. Основните редици на ботанически таксони във възходящ пи-ред са както следва: вид, род, семейство, ред, клас, разделение, царство.В рамките на един вид, географски подвид, морфологични сортове, екотипове могат да бъдат разграничени; в културните растения, сортове и др., на които отговаря отделът тип,поръчка- отряд,и разнообразието порода.

Йерархичният принцип за изграждане на системи от растения и животни се прилага последователно от Линей. Важна стъпка в по-нататъшното развитие на систематиката беше създаването на теорията на типовете, благодарение на която този високопоставен таксон беше въведен в науката. Идеята за вида и единството на структурата на животните в рамките на този таксон е предложена от Кювие, който използва собствените си наблюдения и резултатите от изследванията на Saint-Hilaire. Ембриологичната обосновка на представите за типа принадлежи на К. М. Баер. Заслугата на Етиен Жофроа Сент-Илер (1772-1844) е, че той е първият, който се обявява срещу установяването на метафизични разделения между типовете и се доближава до разбирането на единството и разнообразието на органичните форми от еволюционни позиции.

Конкретни фактически данни за единството и разнообразието на органичния свят в царствата на дивата природа се съдържат в курсовете по ботаника, зоология и

робиология и вирусология. Тук ще засегнем само таксономията на самите тези висши таксони, т.е. царствата на живата природа, тъй като този въпрос е пряко свързан с общата биология и обикновено остава на заден план.

Авторът на тези редове смята, че класификацията на биологичните царства трябва да се основава на структурни и морфологични критерии и в тази връзка разграничава следните основни форми на организация на живата материя: 1) безклетъчна, 2) квазиклетъчна, 3) протоклетъчна, 4) едноклетъчен, 5) поликлетъчен (cellula - клетка).

Ацелуларната (неклетъчна) организация е характерна за вирусите, техните хипотетични аналози, които са живели в първичния бульон, както и коацерватните протеинови капки, постулирани от А. И. Опарин в неговата теория за произхода на живота. Тази смесена група от биологични същности съставлява царството на прото-бнонтите.

Квазиклетъчната (като че ли клетъчна) организация е характерна за микоплазмите - най-малките бактерии, които нямат обвивка. Такава група организми би могла да възникне от различни протобионти, които са образували преходното царство на археобионтите в резултат на прогресивна еволюция. Естествен модел и вероятно реликва от археобионти е класът микоплазми.

Протоклетъчната (първична клетъчна) организация е присъща на истинските бактерии и също така е характерна за архебактерии и цианобактерии (синьо-зелени водорасли). Възникна на базата на археобионти в резултат на образуването на клетъчна мембрана в някои от тях и увеличаване на размера на клетката. Тази група образува царството на протокариотите или бактериите.

Свръхцарството на еукариотите, характеризиращо се с едноклетъчна (едноклетъчна и многоклетъчна) организация, възниква в резултат на симбиотичната еволюция на различни представители на протокариотите, което води до образуването на царството на зоофитоидите, което включва по-нисши еукариоти. Висшите растителни и многоклетъчни животински царства са еволюирали от различните му подцарства.

Така предложената от нас хипотетична схема обхваща всички познати в науката форми на организация на живата материя, свързани по филогенетичен род.

и представляващи единна система от последователно усложняване на структурната и морфологична организация на биологичните обекти. Този въпрос е разгледан по-подробно в последния раздел на брошурата.

Някои особености на индивидуалното развитие на организмите трябва да се разглеждат като съществена проява на закона за единството и разнообразието на живота. На първо място, като сходството на ембрионите при представители на далечни систематични групи и явлението рекапитулация,повторението в онтогенезата на характеристиките на организацията на далечните предци. Проявите на сходство в организацията на живите форми, основани на хомология и аналогия, т.е. на единството на произхода и на адаптивната еволюция при сходни условия на околната среда, са подробно изследвани при различни представители на животинското и растителното царство.

Паралелизмът на променливостта е установен в закон за хомоложните редовеН. И. Вавилов. Например различните видове пшеница имат такива сходни черти като наличието и отсъствието на острия в класа, неговото пропускане или липса, бял и червен цвят на зърното и т.н. В тези черти на сходството на вида, хомологията на проявява се техният генетичен апарат. Хомология в таксоните на високо ниво се наблюдава например в сходни характеристики на разположението, структурата и ембрионалното развитие на крайниците при животни от различни класове гръбначни животни, в сходството на полагането и диференциацията на зародишните листове при животни от различни видове.

Добър пример за аналогия и подобна променливост са характеристиките на външното сходство на китоподобните с рибите, възникнали в резултат на еволюцията и на двете във водната среда. В този случай сходството се дължи именно на адаптацията, а не на единството на произхода. Сходството в промяната в зъбния апарат по време на еволюцията на парнокопитните и еднокопитните, изследвано от В. О. Ковалевски, се основава едновременно на хомология и аналогия.

Що се отнася до помологията, помологичната вариабилност или номогенетичния компонент на еволюцията, това явление често се отрича. Струва ни се обаче, че много таксономични особености, особено в нисшите царства на живата природа, се дължат на явленията помология, тоест не са свързани с единството на произхода.

ходене, нито с адаптации. Очевидно такава основна характеристика на живите същества като универсалността на кода на генетичната информация също трябва да се отнесе към примери за помология.

Завършвайки разглеждането на закона на Сен Илер тук, отбелязваме, че в сравнение с първоначалната идея, съвременното съдържание на този закон се отличава с по-ясно тълкуване на факторите, които определят единството и разнообразието на живота. Анализът на тези фактори се занимава с еволюционната доктрина. Това изразява неразривната връзка между закона на Сен Илер и законите на биологичната еволюция.

Законът за глобалността на живота, или първият закон на Вернадски

1. Благодарение на способността на живите форми да се възпроизвеждат и разпространяват, животът на Земята е широко разпространен навсякъде, където има условия за съществуването му. Органичният свят образува тънка планетарна обвивка от биомасата на живите организми и тяхното местообитание - биосфераопределя геоложката история на земната кора, еволюцията на растенията, животните, микроорганизмите, появата и съществуването на човека. Структурата на биосферата се определя от динамиката на формирането и развитието на нейните геобиологични компоненти - биогеоценози, природни зони и ландшафти, биогеографски райони, растителни образувания.

2. Биосферата взаимодейства тясно с атмосферата, хидросферата и литосферата, причинявайки и \ еволюция, осигуряваща движението и циркулацията на материята и енергията на планетата.

3. Биологичният кръговрат на веществата на Земята се определя от взаимодействието на растения, животни и микроорганизми, чиято глобална роля се определя от особеностите на връзката им с околната среда.

4. Зелените растения осигуряват наличието на молекулен кислород в земната атмосфера и изпълняват космическа роля като акумулатори на слънчева светлинна енергия, осъществявайки първичния биосинтез на органичните вещества на Земята. Растенията са начална брънка в трофичните (хранителни) вериги и биоценози.

10

5. Биосферната роля на животните, които наред с другите биологични компоненти на екосистемите образуват т. нар. екологични пирамиди, се свързва основно с участието им в биогеоценозите като междинни и висши звена в хранителните вериги, които определят движението на веществата и енергията. в биосферата. Твърдите останки от изкопаеми животни са част от седиментните скали.

6. Глобалната роля на микроорганизмите се проявява в такива процеси като минерализация на органичните вещества, образуване на редица скали, почвообразуване, както и в патогенното въздействие върху други организми.

Разбирането на живота като глобален феномен може да се счита за една от отправните точки на неговото теоретично осмисляне. Въпреки това, откриването на специфични прояви на живота в глобален мащаб, изясняването на ролята на отделните групи организми във формирането на естествените ядосани ландшафтите, в геоложкото развитие на земната кора, в движението и циркулацията на веществата на нашата планета, изискваха продължителни и задълбочени изследвания. В хода на тези проучвания се появяват идеи за биоценозии екосистемиразлични нива. Разработена е широка концепция за биосферата като определящ фактор в геоложката история на Земята. Тази концепция, предложена от Владимир Иванович Вернадски (1863-1945), е основното ядро ​​на закона за глобалността на живота.

В глобален мащаб биомасата на нашата планета е много малка и представлява само 1/6 000 000 от масата на земното кълбо. Въпреки това, по отношение на мащаба на своето въздействие, биомасата е една от най-мощните геохимични сили на планетата. Образуването и стабилизирането на газообразния състав на атмосферата е резултат от живота. Химичният състав на хидросферата също до голяма степен се определя от процесите на жизнената дейност на организмите. Почвата е продукт на жизнената дейност и зона с най-висока активност на живата материя. Седиментните скали на Земята са биогенни скали, творения от жива материя. Гранитната обвивка на Земята се е образувала поради претопяването на седиментни скали. Според Вернадски гранитите са „бивши биосфери“. Органичният свят обхваща със своето влияние цялата дефинирана химия на земната кора

11 споделяйки геохимичната история на почти всички елементи в периодичната таблица на Д. И. Менделеев.

С помощта на организмите се извършва и трансформацията на енергията на слънчевата радиация на повърхността на планетата и нейното натрупване под формата на химическа енергия на различни органични вещества. Общото годишно производство на фотосинтеза на Земята е 42-46 милиарда тона органичен въглерод. Фотосинтезиращите организми – зелени растения и някои бактерии – превръщат неорганичните вещества – CO 2, H 2 O, азот, фосфор и серни съединения в органични вещества. В същото време те включват биологичния цикъл на веществата и много други елементи.

Група зелени растения според ролята им в биологичните.ицикълът се нарича производителиорганична материя. Група потребители(консуматори) на органична материя е представена предимно от животни. И накрая, третата група организми (бактерии, актиномицети, микроскопични гъбички, други микроорганизми) унищожава и минерализира органичната материя. Членовете на тази група се наричат разложители.Взаимодействието на производители, консуматори и разложители определя биологичното, или биотичното, циркулация на веществата. Едно от най-важните проявления на живота се състои в тази циркулация, във взаимодействието на синтеза и унищожаването на органичната материя на Земята.

Биосферата е разделена на природни зони, а тези от своя страна на природни ландшафти. В рамките на един природен пейзаж има много биогеоценози,научни идеи, за които развива В. Н. Сукачев. Всяка биогеоценоза е свързана с определена област от земната повърхност. Компонентибиогеоценозата са определени материални тела: живи и инертни. Живите компоненти включват специфични популации от производители, консуматори и разложители, а инертните включват атмосферата, водата, скалата, почвата или по-скоро неодушевената й част. Връзката между компонентите на биогеоценозата се основава на обмена на вещества и енергия между тях. Биогеоценозата е противоречиво и динамично единство на нейните компоненти.

В допълнение към компонентите има факторибиогеоцен-12

обаждане: климат, релеф, време. Те не допринасят нито с вещества, нито с енергия за биогеоценозата, но имат многостранно въздействие върху нея. Промяната (последователността) на биогеоценозите може да настъпи в резултат на тяхното саморазвитие и под въздействието на външни фактори. В съответствие с естеството на тези фактори се разграничават климатогенни, геоморфогенни, зоогенни и фитогенни сукцесии.

Не всяка промяна в биогеоценозите е придружена от появата на нови видове. Нови биогеоценози могат да се образуват за сметка на съществуващи видове. Въпреки това процесите на еволюция на живите форми, веднага щом възникнат, се определят от еволюцията на биосферата и съставните й геобиологични елементи. От своя страна структурата на биосферата и специфичната природа на нейните елементи зависят от биологичната еволюция на живите форми, която се изразява в процесите на видообразуване. В тясно взаимодействие на геобиологичните и таксономичните системи на органичния свят протича еволюцията на живота на Земята. Един от факторите на тази еволюция беше човекът, който в наше време разглежда биосферата от космоса (виж фиг. 1 на гърба на корицата). Въпросът за многостранното въздействие на човека върху биосферата ще бъде разгледан в раздела „Човекът и животът на планетата”. Но преди да преминем към тази тема, трябва да разгледаме редица чисто биологични закони, сред които, както вече беше отбелязано, централно място заемат законите на биологичната еволюция.

биологична еволюция

Теорията на биологичната еволюция може да бъде разделена на 3 основни раздела: доказателства за еволюцията, теория за елементарните еволюционни механизми и доктрина за пътищата и посоките на еволюционния процес. Основа за теорията на биологичната еволюция е дарвинизъм.Под това име учението на Чарлз Дарвин (1809-1882) за произхода на видовете чрез естествен подбор навлиза в историята на науката. Проблемите и основното съдържание на дарвинизма са отразени в този раздел под формата на два закона, в които се прави опит да се формулира

да вземем най-важното от това, което и как Дарвин обяснява в своето еволюционно учение.

Разглежданите тук обобщения – законът на Аристотел и законът на Дарвин – представляват неразделно единство, въпреки че първото от тях датира от древната наука, а второто е открито едва през 19 век

Законът за органичната целесъобразност, или законът на Аристотел

1. Колкото по-дълбоко и по-разностранно науката изучава живите форми, толкова по-пълно се разкриват те. целесъобразност,т. е. целенасоченият, хармоничен, сякаш разумен характер на тяхната организация, индивидуално развитие и взаимоотношения с околната среда. Органичната целесъобразност се разкрива в процеса на разбиране на биологичната роля на специфичните особености на живите форми.

2. Целесъобразността е присъща на всички видове. Изразява се във финото взаимно съответствие на структурите и предназначението на биологичните обекти, в приспособимостта на живите форми към условията на живот, в естествен фокусособености на индивидуалното развитие, в адаптивния характер на формите на съществуване и поведение на биологичните видове.

3. Органичната целесъобразност, която стана обект на анализ на древната наука и послужи като основа за телеологични и религиозни интерпретации на дивата природа, получи материалистично обяснение в доктрината на Дарвин за творческа роляестествен подбор, проявяващ се в адаптивния характер на биологичната еволюция.

Това е съвременната формулировка на онези обобщения, чийто произход датира от Аристотел, който излага идеи за крайните причини.

Изучаването на специфични прояви на органичната целесъобразност е една от най-важните задачи на биологията. След като установихме за какво служи тази или онази характеристика на изследвания биологичен обект, какво е биологичното значение на тази характеристика, благодарение на еволюционната теория на Дарвин, ние се приближаваме до отговора на въпроса защо и как е възникнала. Нека разгледаме проявите на органичната целесъобразност на примери, свързани с различни области на биологията.

В областта на цитологията ярък, илюстративен пример за органична целесъобразност е клетъчното делене при растения и животни. Механизмите на еквационално (митоза) и редукционно (мейоза) делене определят постоянството на броя на хромозомите в клетките на даден растителен или животински вид. Удвояването на диплоидния набор при митоза поддържа постоянството на броя на хромозомите в делящите се соматични клетки. Хаплоидизацията на хромозомния набор по време на образуването на зародишни клетки и възстановяването му по време на образуването на зигота в резултат на сливането на зародишните клетки гарантират запазването на броя на хромозомите по време на сексуално размножаване. Отклоненията от нормата, водещи до полиплоидизация на клетките, т.е. до умножаване на броя на хромозомите спрямо нормалния, се отрязват от стабилизиращия ефект на естествения подбор или служат като условие за генетична изолация, изолиране на полиплоидната форма с евентуалната му трансформация в нов вид. В същото време отново влизат в действие цитогенетичните механизми, които предизвикват запазване на хромозомния набор, но вече на ново, полиплоидно ниво.

В процеса на индивидуално развитие на многоклетъчен организъм се образуват клетки, тъкани и органи с различно функционално предназначение. Съответствието на тези структури с предназначението им, тяхното взаимодействие в процеса на развитие и функциониране на организма са характерни прояви на органичната целесъобразност.

Обширна област от примери за органична целесъобразност се осигурява от адаптации за възпроизвеждане и разпространение на живи форми. Нека назовем някои от тях. Например, бактериалните спори са силно устойчиви на неблагоприятни условия на околната среда. Цъфтящите растения са приспособени към кръстосано опрашване, по-специално с помощта на насекоми. Плодовете и семената на редица растения са пригодени за разпространение с помощта на животни. Сексуалните инстинкти и инстинктите за грижа за потомството са характерни за животни от най-разнообразни нива на организация (виж фиг. 2 на гърба на корицата). Структурата на хайвера и яйцата осигурява развитието на животните в подходяща среда. Млечните жлези осигуряват адекватно хранене на потомството при бозайниците.

Характерна група устройства е

инстинкти на насекоми, водещи социален живот, като пчелите, с тяхното разделение на функциите между различните индивиди от семейството. Тук трябва да припомним и груповите форми на поведение в ята и семейни групи птици и животни.

Появата на редица адаптивни характеристики е свързана с появата на растения и животни от водната среда на сушата. Способността на семенните растения, влечуги, птици и бозайници да се възпроизвеждат извън водната среда е свързана с дълбоки морфофизиологични промени в организацията. Тук трябва да се посочи формирането в растенията на такива органи като цвете, семе, плод, а при животните - на ембрионалните мембрани, характерни за висшите гръбначни животни, както и на нови видове кожа и топлокръвност на птиците и бозайниците. Всичко това трябва да се характеризира като; прояви на органична целесъобразност, която осигури процъфтяването на Земята на представители на висшите групи от животинския и растителния свят.

Много илюстративен пример за органична целесъобразност е защитното камуфлажно оцветяване, често срещано сред много безгръбначни животни и всички класове гръбначни животни. Други видове защитни устройства са плашещо оцветяване и мимикрия, тоест асимилация на външен вид с отровни животни или негодни за консумация части от растения.

Наред с пасивните средства за защита в животинското царство са разпространени активните средства за защита срещу хищници: бивни на дива свиня, рога на бивол и др. При хищниците цялата организация и инстинкти носят чертите на приспособяване към добиването на храна.

Борбата за съществуване в органичния свят, проявяваща се в противодействие на неблагоприятните фактори на околната среда (биотики абиотичен),доведе до такава широко разпространена адаптация като съответствието на коефициента на умножение на степента на унищожаемост на живите форми. Колкото по-висок е процентът на смъртност на индивидите от даден вид, толкова по-висока е степента на размножаване.

Това вече е съвсем ясно адаптациявъзникват в резултат на процеса на биологична еволюция. В същото време не е трудно да се стигне до извода, че еволюционната древност и продължителността на формирането на различни адаптации на една или друга жива форма са различни.

нас. Всеки вид носи, наред с много древни адаптации, относително нови, наред с много сложни, чието възникване може да се обясни само с много дълъг еволюционен процес - относително прости, формирани за по-кратко време.

Органичната целесъобразност при цялото й общобиологично значение е относителна. Това се изразява във факта, че във всяка популация степента на годност на различните индивиди за специфични адаптации е различна. Освен това, когато условията се променят, индивидуалните адаптивни характеристики престават да бъдат такива и еволюцията може да тръгне в нова посока. Относителността на целесъобразността се проявява особено ярко в масовото изчезване на видовете.

Законът за органичната целесъобразност, както вече беше отбелязано, е неразривно свързан със закона за естествения подбор. Тази връзка се дължи на факта, че органичната целесъобразност е следствие от естествения подбор. От своя страна естественият подбор се осъществява поради относителността на органичната целесъобразност, хетерогенността на популацията по отношение на степента на адаптация на неговите индивиди и генетични линии към специфични фактори на околната среда.

Законът за естествения подбор или законът на Дарвин

1. Състав на всеки вид популациипоради процеса на наследствена вариабилност, той е генетично хетерогенен. Тази хетерогенност може да се прояви в неравномерната годност на различните индивиди и съответно тяхното потомство към конц. retny условия на околната среда.

2. В условия на борба за съществуване по-приспособените индивиди са по-склонни да оцелеят и като правило дават по-многобройно потомство. Поради това адаптивните наследствени промени могат да се увеличават от поколение на поколение и техните носители могат все повече да доминират сред индивидите от популацията.

3.наследственост, променливости естествен подбор,т.е. преобладаващото запазване в редица поколения на по-адаптираните, са елементарни фактори на биологичната еволюция

qni. Естественият подбор определя неговия насочен, адаптивен характер.

4. В биогеоценози, променящи се в пространството и времето, под влияние на естествения подбор на наследствени изменения, засилени от географската, екологичната и генетична изолация на различните популации на вида, процесът на тяхното разминавания(дивергенции), водещи до образуването на нови качествено изолирани видове. Новите видове могат да пораждат нови родове, родовете могат да пораждат семейства и т.н.

5 При относително стабилни условия естественият подбор се проявява стабилизиращ ефект,което се изразява в консолидиране и запазване на генетичните характеристики на популацията и в защитата й от неблагоприятни наследствени отклонения. Стабилизиращият ефект на естествения подбор обяснява относителното постоянство на видовете за дълги периоди от време.

Факторите, които определят биологичната еволюция, нейния адаптивен характер и качественото изолиране на видовете, както и на таксони от по-висок ранг, са открити от Дарвин до голяма степен чрез теоретичен анализ на механизма на изкуствен подбор и екстраполация на откритията към процеси, протичащи в дивата природа. По този начин, изкуствен подборслужи на Дарвин като модел на естествения подбор.

При създаването на сортове културни растения и породи домашни животни, както Дарвин показва, в основата на насочения процес на оформяне лежат три фактора: наследственост, променливост и изкуствен подбор, т.е. запазване и размножаване на индивиди и сортове, които все повече отговарят на цели на човека. При комбинираното действие на тези фактори се формират нови сортове и породи, които се различават помежду си в резултат на дивергенция, понякога дори по-значително от естествените видове. В същото време естеството на неоплазмите, фиксирани в поколения под влияние на селекция, отговаря на целите на селекционера.

В допълнение към изкуствените методически подбор,Дарвин открива формата на изкуственото несъзнателен подбор.Методическият подбор е в основата на съзнателното

Нойдейност на селекционерите. При несъзнателния подбор се проявява несъзнателната селекционна дейност на човек, оставяйки най-добрите индивиди и най-добрите сортове за размножаване. Несъзнателният подбор действа още в периода на опитомяване на дивите животни и отглеждането на диви растения и продължава хилядолетия до появата на методичния подбор. По този начин човекът отдавна е извършвал селекционни дейности, без да осъзнава еволюционните му последици.

Аналог на изкуствения подбор в дивата природа е естественият подбор, тоест запазването на по-адаптирани индивиди, тяхното преобладаване при възпроизвеждането и размножаването на потомството. Дарвин вижда предпоставката за естествения подбор, неговия принцип на подбор борба за съществуванес които се сблъскват хора от всяка популация. Естественият подбор осигурява адаптивния характер на еволюцията, тъй като неговият механизъм на действие е да запази най-способните. Що се отнася до другите два елементарни фактора на еволюцията – наследствеността и изменчивостта, те също са характерни за всички живи форми.

Посочвайки дълбоката аналогия на изкуствения подбор с процесите, които неизбежно протичат в дивата природа, Дарвин по този начин убедително обосновава своята теория за произхода на видовете чрез естествен подбор. Дарвин подкрепи доказателствата си с най-богатия фактически материал за изменчивостта на растенията и животните. Освен това той провежда обширни експерименти относно кръстосаното опрашване и самоопрашване в растенията, както и експерименти с насекомоядни растения. Тези изследвания на примера на специфични адаптации послужиха като допълнителен аргумент в полза на теорията за естествения подбор.

Няма да е преувеличено да се каже, че учението на Дарвин завинаги ще остане крайъгълен камък на теоретичната биология, тъй като засяга почти всички нейни основни раздели и дава системно-историческа интерпретация на биологичната форма на движението на материята.

В хода на по-нататъшното развитие на биологичната наука идеите на Дарвин за механизма на видообразуване се задълбочават. Установено е, че елементарното

обект на този процес е населението, т.е. д.група индивиди от един и същи вид. Разкрити характеристики алопатричени симпатиченвидообразуване, т.е. видообразуване със и без географска изолация. Ролята на комбинационните, т.е. възникващи по време на хибридизацията, променливостта и полиплоидияв процесите на видообразуване. Разкрива се естеството на наследствеността и изменчивостта, развиват се представи за генотипа и фенотипа, мутационна и модификационна вариабилност, доминантни и рецесивни белези. Понастоящем всички тези идеи са включени в арсенала на еволюционната теория, като подробно описват нейните аспекти, свързани с наследствеността и променливостта.

От голямо значение за развитието на еволюционната теория бяха изследванията, които направиха възможно задълбочаването на разбирането за еволюцията на онтогенезата и по този начин преодоляване на ограниченията, възникнали след Дарвин при тълкуването на еволюционната роля на променливостта в тясната рамка на противопоставянето на някои от нейните форми. на други, без да се вземат предвид промените в организма като цяло.

Завършвайки раздела за биологичната еволюция, трябва да се спрем на въпроса дали неговият прогресивен характер е логичен, дали следва от същността на естествения подбор. Ако имаме предвид биологичния (екологичния) прогрес, тогава трябва да се отбележи, че той е пряко следствие от естествения подбор, конкуренцията за жизнено пространство, която се среща във всяка екосистема. морфологичен прогрес,усложняването на организацията на живите форми в хода на еволюцията е резултат от естествения подбор на фона на усложняването на биотичните и абиотичните условия на околната среда, в които морфофизиологичният прогрес дава специални предимства. Така причината за него не е селекция като такава, а селекция, която се случва при определени условия.

Ако появата на такива условия беше неизбежна в еволюцията на биосферата, тогава морфофизиологичният прогрес беше неизбежен. Появата на водни растения и животни на сушата, промяната от влажен климат към засушлив, планинско строителство, преходът на човешките предци от дървесен начин на живот към земен, напредване и отстъпление на ледниците, образуване на студени и умерени климатични зони - всички тези промени са били в историята на Земята

последователен. Следователно биологичните неоплазми, включително прогресивните, възникващи под влиянието на тези промени, също са естествени. Появата на човека беше естествена.

Следователно изглежда очевидно, че морфофизиологичният прогрес, като основна посока на историческото развитие на органичните форми, е естествена особеност на биологичната еволюция по пътя от възникването на живота до формирането на човека, представляващ най-високия етап в историческото развитие. на живата природа.

Индивидуално развитие на тялото

Изучаването на индивидуалното развитие на организма е задача на ембриологията, физиологията на развитието, биологията на развитието и геронтологията. В момента се осъществява формирането на молекулярната биология на развитието. Натрупаният в него фактически материал служи като основа за различни теоретични изводи. Все още обаче не е формулирана общата биологична теория за индивидуалното развитие на ниво молекулярни модели. Затова ще се ограничим до общите биологични закони на индивидуалното развитие на организма, които са открити преди ерата на молекулярните изследвания.

Този раздел представя закона за онтогенетичното стареене и обновление, или закона на Кренке, който тълкува въпроса за неизбежността на стареенето и смъртта и общата биологична природа на процесите на обновяване, които осигуряват непрекъснатостта на живота. Нека разгледаме и закона за целостта 1 на онтогенезата или закона на Дриш. Отхвърляйки напълно витализма на Дриш, трябва с право да признаем ролята на немския учен в откриването на този закон. Ще се опитаме да му дадем материалистична интерпретация, използвайки за това съвременни представи за системните и регулаторни фактори в развитието на организма. Един от важните проблеми на индивидуалното развитие е проблемът за еволюцията на онтогенезата или връзката на онтогенезата с филогенезата. Без да докосваме същността на този проблем,

ще подчертаем значението му като важна връзка между различни раздели на теоретичната биология,

Законът за онтогенетичното стареене и обновяване, или законът на Кренке

1. Животът на всеки организъм е краен в своята продължителност. Продължителността на живота се определя от наследствеността и условията на съществуване на организма.Прогресивното движение на организма към естествена смърт, до прекратяване на индивидуалното съществуване поради нея стареене,проявява се в отслабване, угасване на жизнената активност.

2. Животът на един вид, за разлика от живота на индивида, е потенциално неограничен във времето и при същите благоприятни условия за съществуването му може да продължи толкова дълго, колкото се желае. Непрекъснатостта на живота на един вид се осигурява от възпроизвеждането на неговите индивиди. Следователно прогресивното движение към размножаване, процесите, които осигуряват размножаването, са най-важният аспект от индивидуалното развитие на организма за вида.

3. Тази страна на индивидуалното развитие се дължи на процеси актуализации,протичащи в тялото. Основните прояви на процесите на обновяване са новообразуването на живата материя, деленето на клетките, морфогенезата, процесите на регенерация и оплождането.

4. Процесите на обновяване са противоположни на процесите на стареене.Противоречивото единство на тези процеси е в основата на индивидуалното развитие на организма. На възходящ клонвъзрастовата крива е доминирана от подновяване, низходящо- стареене.

5. Различни фактори на околната среда могат да насърчават или противодействат на стареенето и съответно да противодействат или насърчават обновяването. Следователно, в индивидуалното развитие на организма, неяснотата на неговата календари физиологична възраст.Различните клетки, тъкани и органи на многоклетъчен организъм могат да се различават в своята възраст, на която

22

което се наслагва и от общата възраст на организма към момента на тяхното формиране. Разликата във възрастта се вижда особено ясно върху метамерните органи на растенията.

6. Възрастовите промени в тези органи, отразяващи връзката между стареене и обновяване, се проявяват в морфологични, физиологични и биохимични промени, които са естествени. Това дава възможност според съответните възрастови характеристики да се идентифицират предходните условия за развитие на организма, да се предскаже в ранен стадий неговата преждевременност и други наследствени особености, дължащи се на скоростта на стареене и обновяване.

Законът за онтогенетичното стареене и обновяване е обща биологична формулировка на основните положения на теорията за цикличното стареене и подмладяване на растенията от съветския ботаник Николай Петрович Кренке (1892-1939). В този закон ние преизказахме общото биологично съдържание на концепцията на Кренке, без обаче да се отклоняваме от нейната идеологическа и теоретична същност.

Моделите на възрастовата изменчивост на растенията, идентифицирани от Крьонке чрез прилагане на разработените от него количествени методи за морфологичния анализ на развитието на леторастите (виж възрастовата крива на фиг. 3), се обясняват на базата на диалектико-материалистичното разбиране на развитието като непрекъснатото отмиране на старото и появата на новото. В основата на теорията на Кренке лежи представянето на материалистическата диалектика, според която, според Енгелс, „отрицанието на живота се съдържа по същество в самия живот“ и животът трябва да се разглежда „във връзка с неговия необходим резултат, който е постоянно в своята ембрионална смърт".

Има около 200 хипотези за същността на стареенето. Много от тях представляват само исторически интерес. Например хипотези, които свеждат процеса на стареене до самоотравяне на организма, до изчерпване на запасите от ензими или други вещества. В момента представителствата са широко приети, според съ-.

1 Енгелс Ф. Диалектика на природата. Маркс К. и Енгелс Ф / азОп. - Т, 20. - С. 610.

23

стареенето се основава на молекулярни механизми – разрушаване (нарушаване на целостта) на ДНК в процеса на прогресивното движение на тялото към естествена смърт. Въпреки това, в съответствие с горния закон, базиран на теорията на Кренке, процесът на стареене е свързан с процес на обновяване. Следователно процесът унищожаванеДНК в онтогенезата трябва да устои на процес, съизмерим с него репарации,възстановяване на ДНК.

Общата биологична природа на закона за онтогенетичното стареене и обновяване води до заключението, че възстановяването на ДНК под действието на възстановителните ензими не е особено явление. Той е от основно значение в хода на индивидуалното развитие, като предизвиква процеси на обновяване и забавя стареенето на организма.

В многоклетъчния, особено животинския организъм, процесите на стареене и обновяване имат подчертан системен характер. Те не се ограничават до промени в клетките, а до голяма степен се дължат на свързани с възрастта промени в структурните елементи, които съставляват по-високи нива на организация на живите (тъкани, органи, тялото като цяло). Това показва целостта на онтогенезата.

Законът за онтогенетичното стареене и обновяване разкрива един от важните аспекти на биологичното съдържание на понятието време, изразено по-специално в продължителността на живота на индивида. В съвременната биология концепция за времее от същото фундаментално значение като във физиката. Биохимични реакции, предаване на нервно възбуждане, ритъм на сърцето, фази и етапи на индивидуално развитие, промяна на биоценози, етапи на еволюция - всеки процес, който протича в дивата природа на молекулярно и клетъчно ниво, на ниво отделен орган, индивид , населението, биогеоценозата и биосферата като цяло, се характеризира с добре дефинирана продължителност. Времевите характеристики на живите системи се изразяват и в такива явления като биоритми, дължащи се на наследствените характеристики на живите обекти и външни условия. Времевите (времеви) характеристики на биологичните обекти и процеси са важна количествена характеристика. Те учат хронобиология(хроно-

нетика, хронофизиология, хроноекология). На пресечната точка на биологичните и геоложките науки е геохронологията, която определя древността и продължителността на периодите на развитие на органичния свят.

За формирането на хронобиологията идеите на В. И. Вернадски са от основно значение, по-специално тези, представени от него в края на 1931 г. на общото събрание на Академията на науките на СССР в доклада „Проблемът за времето в съвременната наука“ . Вернадски изведе проблема за времето извън традиционните рамки на физиката и постави неякато широк природонаучен и философски проблем, който е пряко свързан и с геологията, биологията и други области на естествените науки. Въпреки това и до днес философите, с малки изключения, анализирайки съдържанието на понятието време, разглеждат само физическата интерпретация на проблема и почти не вземат предвид неговите химически, биологични, геоложки, космогонични аспекти.

В съвременната физика, особено в популярните произведения, е широко призната фундаменталната и дори техническа възможност за създаване на така наречената машина на времето, която позволява на човек да пътува до далечното бъдеще. Идеята за "пътуване във времето" се излага като неизбежно следствие от теорията на относителността, създадена от Алберт Айнщайн и потвърдена в хода на развитието на теоретичната и експерименталната физика. XX v. Според физиците-теоретици, на космически кораб, движещ се със скорост, близка до светлината, продължителността на интервалите от време между всякакви две събития според „земните и „ракетните“ часовници е свързана с проста формула:

тракети ^- и/ 0 2

тЗемята ~~ V~"

където t 1 - интервали от време,v- скоростта на ракетата спрямо Земята, Се скоростта на светлината.

Въз основа на тази формула философът М. В. Мостепаненко пише: „Полет до мъглявината Андромеда с ускорение от 3ж , пътник, който се завръща на Земята, ще остарее на 20 години, което не е толкова много! Но през това време на Земята ще минат повече от милион и половина години! 2.

2 МостепаненкоМ. Б. Материалистическата същност на теорията на относителността на Айнщайн. - М.: Соцекгиз, 1961. - С. 138.

Разпростирайки така наречения часовников парадокс върху човешкото тяло, философът изпусна от поглед факта, че горната формула, както и в теорията на относителността като цяло, е за физическото време. А биологичното време в никакъв случай не е идентично с физическото време, което следва от закона за онтогенетичното стареене и обновяване, който не само утвърждава неравномерната физиологична и календарна възраст на организма, но и категорично отхвърля вярата във възможността за неговото безсмъртие, което толкова охотно се приема от хора, които са далеч от биологията.

От хронобиологична гледна точка би било по-правомерно да се разгледа влиянието на промяната в потока на физическото време в ракета, движеща се със скорост, близка до светлината, върху жизнената активност и времевите характеристики на космически пътешественик не директно, а чрез промяна в факторите на околната среда на кораба, като температура или фонов интензитет на йонизиращо лъчение. Ако физиците бяха посочили как тези фактори биха се променили поради релативистични ефекти в космически кораб, тогава би било възможно да се моделира биологичната страна на това фантастично пътуване в реални експерименти. Това обаче дори не изисква специални експерименти, тъй като естеството на зависимостта на човешкото тяло от тези фактори е известно. В същото време, разбира се, няма основания да се смята, че промяната в тези или други фактори ще позволи значително да се увеличи продължителността на живота на астронавта извън границите, определени от неговата наследственост и генетичния радикал на видове. Директното извеждане на биологични закономерности от физически може да доведе до сериозни грешки, случили се във въпроса за "машината на времето".

Одобрявайки идеите за систематичен подход в съвременната наука, Л. Берталанфи подчертава, че вербален (вербален) модел на изследваната система е по-добър от липсата на какъвто и да е модел или от математически модел, който изкривява реалността. Горната формула се оказа точно такъв модел, изкривяващ реалността, когато беше разширена и до биологични явления. В тази връзка е уместно да се цитират думите на А: А. Ляпунов, който отбеляза, че рационалното тълкуване на

важни въпроси е невъзможно, докато качествените въпроси не бъдат правилно разгледани.

Законът за целостта на онтогенезата, или законът на Дриш

1. Целостта на организма - неговото вътрешно единство, относителна автономност, несводимост на свойствата му към свойствата на отделните му части, подчинението на части на цялото - се проявява през всички етапи на онтогенезата. По този начин онтогенезата е подредено единство от последователно редуващи се състояния на цялост. В целостта на индивидуалното развитие се проявява органичната целесъобразност.

аз 2. Целостта на онтогенезата се основава на действието системни регулаторни фактори: цитогенетични, морфогенетични, морфофизиологични, хормонални,и при повечето животни неврохуморален.Тези фактори, действайки на принципа на обратната връзка, координират хода на развитие и жизнената дейност на организма като активно цяло в тясна връзка с условията на околната среда.

3. Свойството целост има количествен израз, който не е еднакъв за представители на различни видове, за различни индивиди, стадии и състояния на организма. При растенията целостта, като правило, е по-слабо изразена, отколкото при животните. В процеса на регенерация, т.е. възстановяване на загубени части или възстановяване на тялото от част, целостта се увеличава. Усложняването на организацията в процеса на онтогенезата и филогенезата, укрепването на координиращата функция на системните регулаторни фактори на тялото означава повишаване на целостта.

4. Филогенетичните промени са промени в интегралните онтогении, които възникват под влияние на естествения подбор върху системните регулаторни фактори. Следователно свойството на интегритет се запазва от организмите не само в техния индивидуален, но и в историческото си развитие.Промените, които разрушават целостта, се отстраняват от подбора. Законът на теоретичната биология, който в историята на науката се свързва с името на немския ембриолог Ханс

Дриша (1867-1914) казва, че индивидуалното развитие на един организъм е интегрален процес и бъдещото състояние на всеки развиващ се елемент е функция на неговото положение като цяло. Конкретизирайки и развивайки тази формулировка в светлината на научните данни (за разлика от нейната идеалистична интерпретация във витализма), стигаме до закона за целостта на онтогенезата – закон, който дава материалистична интерпретация на един от най-сложните аспекти на индивида. развитие на един организъм.

Обръщайки се към историята на откриването на този закон, отбелязваме, че той е причинил принцип на корелация,установено от Кювие и позволяващо на този учен да реконструира структурата на много изкопаеми животни като цяло от отделни останки. Свързан с този закон е феноменът корелативна променливост,на което Дарвин обърна внимание. За разбиране на целостта на онтогенезата, И. П. Павлов и неговите ученици откриват ролята на централната нервна система като регулаторен фактор, който осигурява целостта на организма на животните и хората. Системният характер на процесите на стареене при хора и животни е показан в изследванията на A. V. Nagorny и неговите колеги. Целостта на растителния организъм в процеса на неговото индивидуално развитие е изследвана от М.х . Чайлахян и други физиолози на растенията. От голямо значение за разкриването на целостта на онтогенезата са ембриологичните изследвания, в началото на които стоят K-F. Wolf и K. M. Baer. Дълбока еволюционна интерпретация на целостта на организмите в тяхното индивидуално и историческо развитие дава И. И. Шмаляузен, който развива идеите на А. Н. Северцов по този въпрос.

Нека разгледаме по-подробно някои аспекти на тези обобщения, които съставляват основното съдържание на закона за целостта на онтогенезата. Известно е, че индивидуалното развитие на всички организми е постановкахарактер. При вирусите етапите са свързани с жизнения цикъл, с тяхното размножаване и преминаването от една клетка в друга. Индивидуалното развитие на едноклетъчните организми включва фази от клетъчния цикъл, като например митоза, пресинтетична фаза, фаза на синтез на ДНК и постсинтетична фаза. В онтогенезата на много растения се разграничават ясно различими етапи на редуване на поколенията (сексуални и безполови). При растенията и особено при животните,

nyh етапи са ясно очертани: ембриона, младост, зрялости старост.Възможно е и по-дробно разделяне на онтогенезата.

Според етапите на развитие и нивото на интегритет трябва да се разграничат: 1) цитогенетично цяло,присъщи на отделна деляща се клетка; 2) ембрионално цяло,характеризиране на фазите на раздробяване на яйцата, диференциация, морфогенеза и растеж на ембриона в ембрионалните мембрани; 3) постембрионално онтогенетично цяло,характеристика на етапите на младост и зрялост; 4) инволюционно цяло,отразяващ системния характер на инволюционното развитие на организма на етапа на напреднала възраст.

Всяко ниво на интегритет се характеризира със собствен набор от системно-регулаторни фактори. Въпреки това, появявайки се на един етап от развитието, специфичен фактор може да бъде запазен под една или друга форма на следващите, интегрирайки се с нови регулаторни системи.

В цитогенетичното цяло, отделно деляща се клетка, цитоплазменият контрол и след това взаимодействието на ДНК, РНК и протеини е от първостепенно регулаторно значение. Генетичната информация в процеса на синтеза на матрицата преминава от ДНК към РНК и от РНК към протеини. От своя страна, осъществявайки обратна връзка, протеин-ензими и метаболити-ефектори играят ролята на регулатори на функционирането на ДНК. Другата страна на целостта на клетката е свойството на раздразнителност, което се проявява в нейния структурен и функционален отговор на въздействията на околната среда.

В ембрионалната цялост влизат в действие морфогенетични системи за регулиране, проявяващи се в клетъчно и тъканно взаимодействие чрез протеини, които играят ролята на индуциращи фактори на ембриогенезата. В същото време са важни и други фактори, които определят целостта на ембрионалното развитие. Например нейната пространствено-времева организация, фиксиране на всеки елемент от развиващата се система във времето и пространството, полярност и самоорганизация на системата, взаимна самонастройка, съвместна адаптация на нейните елементи.

При висшето растение взаимодействието на листата и корените със стъблото, върху което се образуват генеративни органи, е от голямо значение. В допълнение към фуражните потоци

ny вещества, взаимодействието се осъществява от системи за хормонална регулация и раздразнителност на растенията.

При животните в постембрионалните етапи неврохуморалната и хормоналната регулация играят водеща роля за поддържане на целостта. В същото време съществуват механизми на по-специфична морфофизиологична регулация: директно взаимодействие на органи, тъкани и клетъчно взаимодействие. През всички етапи на онтогенезата растенията и животните имат вътреклетъчни регулаторни системи.

Системно-регулаторните фактори осигуряват запазването на относителното постоянство, самоидентичността на тялото и в същото време определят неговото прогресивно развитие. Наред с тези прояви на системна самоорганизация, характерни за възходящия клон на развитието, по низходящия му клон, на етапа на старостта, протича системна дезорганизация.

Ролята на системно-регулаторните фактори, които осигуряват целостта на развитието, все по-пълно се разкрива в експерименталните аналитични изследвания на молекулярната биология на развитието на организма. Сложността на проблемите, които възникват в този случай, се дължи на факта, че ходът на развитие на организма в цялост на този процес не е предопределен от ДНК на клетката, а се определя от развиваща се цялост(цитогенетичен, ембрионален и др.). Следователно аналитичното разделение на факторите на развитие, тяхното определяне само от структурата на ДНК, не е достатъчно за разбиране на моделите на онтогенезата. Този подход, който е много сложен сам по себе си, трябва да бъде интегриран в научен анализ, основан на системно-историческо разбиране на експерименталните факти от индивидуалното развитие на организма като цяло. Това усложнява задачата на изследователя, но само по този начин чрез анализа на системните фактори на развитието е възможно да се разкрие целостта на онтогенезата, без която е невъзможно пълното му познаване.

Физиолог - биохимичната същност на живота

изиологията, биологичната и биофизичната химия са в тясна връзка с теоретичната биология, тъй като заедно с нея решават проблема с биохимичните критерии и физиологичните

Биохимичната същност на живота.

Към тази обща област на тези науки принадлежат законът за химичния състав на живата материя и законът за системната организация на биохимичните процеси, които са представени по-долу. Тези закони се основават на дефиницията, предложена от Енгелс: „Животът е начин на съществуване на белтъчни тела, чиято основна точка е постоянният обмен на вещества със заобикалящата ги външна природа и с прекратяването на този обмен на вещества, животът също спира” 3 .

Енгелс не смята неговата дефиниция за изчерпателна и като се има предвид физиологичната и биохимичната същност на живота, трябва да разширим обхвата на това определение, като вземем предвид по-късните обобщения и формулировки, които отчитат последващото развитие на науката в тази област.

Законът за химичния състав на живата материя, или първият закон на Енгелс

1. Материалната основа на живите тела са органичните съединения въглерод,които претърпяват биохимични трансформации по време на живота на организма. Същността на тези трансформации са процесите на асимилация и дисимилация, т.е. в крайна сметка изграждането на живо тяло от хранителни вещества, идващи отвън и разлагането на органични вещества с освобождаването на енергия, използвана в жизнените процеси. Комбинацията от асимилация и дисимилация съставлява метаболизма на тялото или неговия метаболизъм.

2. Основната роля в обмена на вещества

3 Енгелс Ф. Диалектика на природата. - S. 616,

принадлежи протеини, ензимикатализатори и регулатори на биохимичните реакции. Освен това протеините изпълняват структурообразуващи, двигателни, транспортни, имунологични и енергийни функции.

3. Биосинтезата на протеините протича с участието нуклеинова киселинаполимерната структура на който определя реда на редуване на аминокиселините в молекулите на синтезираните протеини. Притежавайки способността да пренасят генетична информация, нуклеиновите киселини играят уникална роля в явленията на наследствеността, биосинтезата на протеини и индивидуалното развитие на организма. Наред с протеините, нуклеиновите киселини са основната основа на живота.

4. В допълнение към протеините и нуклеиновите киселини, много други органични съединения присъстват в живото тяло, по-специално липидии въглехидрати,носещи специални структурообразуващи и енергийни функции, както и универсално съхранение на химическа енергия - аденозин трифосфорна киселина(АТФ). От неорганичните вещества на живото тяло от особено значение е водата, при липса на която животът е невъзможен.

Определяйки живота като форма на съществуване на белтъчни тела, Енгелс по този начин подчертава уникалната роля на протеините като биохимичен основен принцип на живота. Понастоящем е добре известно, че ензимните протеини катализират и регулират биосинтеза на всички органични вещества, образувани в клетката, и всички други биохимични процеси, протичащи в нея. Протеините формират структурната основа на клетъчните органели, определят клетъчната раздразнителност и други прояви на жизнената активност.

Определяйки физиологичната и биохимичната същност на живота, съвременните учени наричат ​​като негов основен принцип, освен протеините, нуклеиновите киселини – ДНК »РНК. Такова допълнение е съвсем разумно, тъй като, както се оказа, нуклеиновите киселини играят решаваща роля в биосинтеза на протеини и предаването на наследствени свойства. Така материалният фундаментален принцип на живота се състои от високоспецифични полимерни вещества - протеини и нуклеинови киселини, които заедно с други компоненти образуват елементарни

32

puyu структурна и функционална единица на живота - клетката.

Очевидно трябва да се прави разлика между материалния основен принцип на живота и живата материя като цяло. В първия случай имаме предвид ключовите химични компоненти на клетките, които определят процесите на биосинтеза и размножаване, а във втория - съвкупността от клетъчното и междуклетъчното вещество на живото тяло.

В структурната и функционална организация на клетката ролята на липидите е свързана основно с тяхното участие в образуването на плазмени мембрани, на повърхността на които протичат биохимични процеси, както и в образуването на хранителни запаси. Различните въглехидрати изпълняват метаболитни функции, първични продукти на фотосинтезата, резервно хранително вещество, съставляват значителна част от растителната биомаса, като част от клетъчните мембрани. Що се отнася до АТФ, това вещество, присъстващо във всяка жива клетка, играе централна роля в енергийния метаболизъм. Други органични компоненти на живата материя нямат такова универсално значение и затова не са специално назовани.

Включването на водата в състава на живата материя се обяснява с факта, че тя се съдържа като задължителен компонент във всяко живо тяло. Това е средата, в която протичат биохимичните процеси. Освен това, като химичен реагент, водата участва в хидролизата на органични вещества, фотосинтезата и други процеси. Във воден разтвор настъпва йонизация на неорганични вещества, участващи в биохимичните реакции. Съдържанието на вода в клетката обикновено е 60-80% или повече, което също определя механичните свойства на живото тяло.

Уникалността на органичните въглеродни съединения, особено на протеините и нуклеиновите киселини, определя универсалната природа на закона за химичния състав на живата материя.

Закон за системната организация на биохимичните процеси, или закон на Берталанфи

1. Всеки организъм е отворен, неравновесен, самообновяващ се, саморегулиращ се, саморазвиващ се, самовъзпроизвеждащ се

33

активен система.Протичащите в него биохимични процеси се характеризират с пространствена и времева подреденост и са насочени към самообновяване и възпроизводство на системата като цяло.

2.откритостживата система се проявява в нейния обмен на материя, енергия и информация с околната среда. Неравновесиеживата система се изразява в нейната неизбежна промяна.

3.Самообновяванена живата система се състои в постоянната подмяна на разрушимите вещества на живо тяло с новосинтезирани. Този процес осигурява самосъхранениесистеми. СаморегулацияИзразява се в поддържане в живото тяло на условията, необходими за неговото самосъхранение.

4. Способността на живата система да саморазвитиеи самовъзпроизвеждане,като всяко друго негово свойство, под контрола на естествения подбор. Той определя структурната и функционалната организация на живото тяло, неговите общи биологични и специфични свойства, които осигуряват самосъхранението на биологичните системи в тяхното индивидуално и историческо развитие.

5. Непосредствените причини, които определят способността на живата система за саморазвитие и самовъзпроизводство, са структурни и функционални особености на нуклеиновите киселини и протеините, стареенето и обновяването на живото тяло, метаболитният процес като цяло.

6.Дейностна живата система се проявява в нейната селективност по отношение на външни източници на хранителни вещества, енергия и информация, в раздразнителност (активни, в частност двигателни, реакции на външни влияния), в образуването на адаптивни ензими, имунологични реакции и активни форми на поведение.

7. Преобразуването на веществата в живо тяло се изразява в многоетапни каталитични процеси, които образуват линейни и разклонени вериги, затворени цикли и мрежи от биохимични реакции на живо тяло. Заедно с това, просто

34

ранно разделяне на биохимичните реакции в клетката, регулиране на ензимната активност чрез промяна на концентрацията на субстрати, активатори и инхибитори, мултиензимна организация на многоетапните реакции, хормонална и неврохуморална регулация на ензимната катализа. Функционирането на тези системно-регулаторни фактори на метаболизма, действащи главно на принципа на обратната връзка, е подчинено на запазването и развитието на организма като цяло. Ако първият закон на Енгелс характеризира субстанциалните, материални свойства на живата материя, то законът на Берталанфи се отнася до функционалните особености на живите тела, най-общите свойства на онези физиологични и биохимични процеси, които протичат в тях. Следвайки Лудвиг фон Берталанфи (1901 - 1972), разглеждайки организма като отворена системаимаме предвид, на първо място, че за неговото съществуване е необходимо да се обменят материя и енергия с околната среда. В тази връзка припомняме някои общи идеи и факти.

към хранителни вещества автотрофниорганизмите включват неорганични съединения, главно CO3, амониеви йони, азотна, фосфорна киселини, калий, калций, натрий, съединения, съдържащи така наречените микроелементи, необходими в относително малки количества ( Fe, Mg, Мн, V, Si, Zn и т.н.). Основната група автотрофни организми са зелените растения. Източникът на енергия за тях е светлинната енергия на Слънцето. Затова те също се наричат фототрофниорганизми. В допълнение към зелените растения, те включват синьо-зелени водорасли и фотосинтезиращи бактерии. Специална група автотрофни организми са хемотрофиченбактерии, които получават енергия в процеса на преобразуване на неорганични съединения.

За хранене хетеротрофниОрганизмите се нуждаят от органични съединения: протеини, мазнини, въглехидрати, витамини. Тези организми, подобно на автотрофите, също се нуждаят от неорганични съединения на калий, калций, натрий и микроелементи. Всички животни, гъбички и много микроорганизми принадлежат към хетеротрофни организми.

Трябва да се отбележи, че протеините, мазнините и сложните въглехидрати в храносмилателния тракт на животните под действието на

ензимите се разграждат на компоненти – аминокиселини, мастни киселини, монозахариди, които влизат в кръвния поток. От тези съединения в клетките на тялото се осъществява биосинтеза на веществата на живото тяло. Източникът на енергия за хетеротрофните организми е химическата енергия на хранителните вещества, подложени на биологично окисление в тялото.

Основният източник на азот за хетеротрофните организми е протеини,за автотрофни - соли на азотна киселина и амоний. Въпреки това, някои микроорганизми са способни да усвояват молекулярен азот. Те включват нодулни бактерии, Azotobacter, азотфиксиращисиньо-зелени водорасли.

Необходимостта от прием на вода, очевидно, не се нуждае

Закони на екологията— общи модели и принципи на взаимодействие между човешкото общество и природната среда.

Значението на тези закони е в регулирането на естеството и посоката на човешката дейност в рамките на екосистеми на различни нива. Сред законите на екологията, формулирани от различни автори, най-известните са четири афоризма на американския учен по околната среда Бари Комънър (1974):

• "всичко е свързано с всичко"(законът за универсалната връзка на нещата и явленията в природата);
• "всичко трябва да отиде някъде"(законът за запазване на масата на материята);
• "нищо не идва безплатно"(за цената на разработката);
• "природата знае най-добре"(за основния критерий на еволюционния подбор).

От законът за универсалната връзка на нещата и явленията в природата(„всичко е свързано с всичко“) следват няколко последствия:

• закон за големи числа -кумулативното действие на голям брой случайни фактори води до резултат, който е почти независим от случайността, т.е. имащи системен характер. По този начин безброй бактерии в почвата, водата, телата на живи организми създават специална, относително стабилна микробиологична среда, необходима за нормалното съществуване на всички живи същества. Или друг пример: произволното поведение на голям брой молекули в определен обем газ определя съвсем определени стойности на температурата и налягането;
• принцип на Le Chatelier (Кафяв) -когато външно действие извежда системата от състояние на стабилно равновесие, това равновесие се измества в посоката, в която ефектът от външното действие намалява. На биологично ниво тя се реализира под формата на способността на екосистемите да се саморегулират;
• закон за оптималност- всяка система функционира с най-голяма ефективност в някои характерни за нея пространствено-времеви граници;
• всякакви системни промени в природата оказват пряко или косвено въздействие върху човека - от състоянието на индивида до сложни социални отношения.

От закон за запазване на масата на материята(„всичко трябва да отиде някъде“) следват поне два постулата с практическо значение:

Бари Комънър пише „... глобалната екосистема е едно цяло, в рамките на което нищо не може да бъде спечелено или загубено и което не може да бъде предмет на универсално подобрение; всичко, което е извлечено от него с човешки труд, трябва да бъде заменено. Плащането по тази сметка не може да бъде избегнато; може само да се забави. Настоящата екологична криза предполага, че забавянето е било много дълго."

Принцип "природата знае най-добре"определя преди всичко какво може и какво не трябва да се случва в биосферата. Всичко в природата – от простите молекули до човека – е преминало най-тежката конкуренция за правото на съществуване. В момента планетата е обитавана от само 1/1000 вида растения и животни, тествани от еволюцията. Основният критерий за този еволюционен подбор е включване в глобалния биотичен цикъл., запълване на всички екологични ниши. Всяко вещество, произведено от организмите, трябва да има ензим, който го разлага, и всички продукти на разпад трябва отново да участват в цикъла. С всеки биологичен вид, който е нарушил този закон, еволюцията се разделя рано или късно. Човешката индустриална цивилизация грубо нарушава изолацията на биотичния цикъл в глобален мащаб, което не може да остане ненаказано. В тази критична ситуация трябва да се намери компромис, който може да направи само човек, който има ум и желание за това.

В допълнение към формулировките на Бари Комънър, съвременните еколози са извели друг закон на екологията - „няма достатъчно за всички“ (законът за ограничените ресурси).Очевидно масата на хранителните вещества за всички форми на живот на Земята е ограничена и ограничена. Не е достатъчно за всички представители на органичния свят, появяващи се в биосферата, следователно значително увеличение на броя и масата на всякакви организми в глобален мащаб може да се случи само поради намаляване на броя и масата на другите. Английският икономист Т.Р. Малтус (1798), който се опитва да оправдае неизбежността на социалната конкуренция с това. На свой ред Чарлз Дарвин заимства от Малтус концепцията за „борба за съществуване“, за да обясни механизма на естествения подбор в живата природа.

Закон за ограничените ресурси- източникът на всички форми на конкуренция, съперничество и антагонизъм в природата и, за съжаление, в обществото. И колкото и да смятат класовата борба, расизма, междуетническите конфликти за чисто социални явления, всички те имат своите корени във вътрешновидовата конкуренция, която понякога приема много по-жестоки форми, отколкото при животните.

Съществената разлика е, че в природата в резултат на конкурентна борба оцеляват най-добрите, но в човешкото общество това в никакъв случай не е така.

Обобщена класификация на екологичните закони беше представена от известния съветски учен Н.Ф. Реймърс. Дават им се следните твърдения:

• закон за социалното и екологично равновесие(необходимостта от поддържане на баланс между натиска върху околната среда и възстановяването на тази среда, както естествена, така и изкуствена);
• принцип на управление на културното развитие(налагане на ограничения върху екстензивното развитие, като се вземат предвид екологичните ограничения);
• правило на социално-екологичната замяна(необходимостта от идентифициране на начини за заместване на човешките нужди);
• закон за социално-екологичната необратимост(невъзможността за връщане на еволюционното движение назад, от сложни форми към по-прости);
• закон на ноосфератаВернадски (неизбежността на трансформацията на биосферата под влияние на мисълта и човешкия труд в ноосферата - геосферата, в която умът става доминиращ в развитието на системата "човек-природа").

Спазването на тези закони е възможно, ако човечеството осъзнае своята роля в механизма за поддържане на стабилността на биосферата. Известно е, че в процеса на еволюция се запазват само онези видове, които са в състояние да осигурят стабилността на живота и околната среда. Само човекът, използвайки силата на своя разум, може да насочи по-нататъшното развитие на биосферата по пътя на опазване на дивата природа, опазване на цивилизацията и човечеството, създаване на по-справедлива социална система, преминаване от философията на войната към философията на мира и партньорството , любов и уважение към бъдещите поколения. Всичко това са компоненти на един нов биосферен мироглед, който трябва да стане универсален.

Закони и принципи на екологията

Закон за минимума

През 1840г Ю. Либихустанови, че реколтата често е ограничена не от онези хранителни вещества, които се изискват в големи количества, а от тези, които са необходими малко, но които също са оскъдни в почвата. Законът, който той формулира, гласи: „Реколтата се контролира от веществото, което е минимално, величината и стабилността на последното се определят във времето. Впоследствие към хранителните вещества бяха добавени редица други фактори, като температурата. Действието на този закон е ограничено от два принципа. Първият закон на Либих е строго валиден само при стационарни условия. По-точна формулировка: „в неподвижно състояние ограничаващото вещество ще бъде веществото, чиито налични количества са най-близо до необходимия минимум“. Вторият принцип се отнася до взаимодействието на факторите. Високата концентрация или наличието на определено вещество може да промени приема на минимално хранително вещество. Следният закон е формулиран в самата екология и обобщава закона за минимума.

Закон за толерантността

Този закон е формулиран по следния начин: отсъствието или невъзможността за развитие на екосистема се определя не само от дефицит, но и от излишък на някой от факторите (топлина, светлина, вода). Следователно организмите се характеризират както с екологичен минимум, така и с максимум. Прекалено много добро нещо е и лошо. Диапазонът между двете стойности е границата на толерантност, в която тялото нормално реагира на влиянието на околната среда. Предложеният закон за толерантността У. Шелфордпрез 1913 г. Можем да формулираме редица предложения, допълващи го.

• Организмите могат да имат широк диапазон на толерантност към един фактор и тесен към друг.
• Организмите с широк спектър на толерантност към всички фактори обикновено са най-широко разпространени.
• Ако условията за един фактор на околната среда не са оптимални за вида, тогава диапазонът на толерантност към други фактори на околната среда може да се стесни.
• В природата организмите много често се намират в условия, които не отговарят на оптималната стойност на един или друг фактор, определен в лабораторията.
• Размножителният период обикновено е критичен; през този период много фактори на околната среда често се оказват ограничаващи.

Живите организми променят условията на околната среда, за да отслабят ограничаващото влияние на физическите фактори. Видовете с широко географско разпространение образуват адаптирани към местните условия популации, които се наричат екотипове.Техните оптимални и толерантни граници съответстват на местните условия.

Обща концепция за ограничаващи фактори

Най-важните фактори на сушата са светлината, температурата и водата (валежите), докато в морето светлината, температурата и солеността. Тези физически условия на съществуване можеда ограничават и да влияят благоприятно. Всички фактори на околната среда зависят един от друг и действат съгласувано. Други ограничаващи фактори включват атмосферни газове (въглероден диоксид, кислород) и биогенни соли. Формулирайки „закона на минимума“, Либих имал предвид ограничаващия ефект на жизненоважни химични елементи, присъстващи в околната среда в малки и периодични количества. Те се наричат ​​микроелементи и включват желязо, мед, цинк, бор, силиций, молибден, хлор, ванадий, кобалт, йод, натрий. Много микроелементи, като витамини, действат като катализатори. Фосфор, калий, калций, сяра, магнезий, необходими на организмите в големи количества, се наричат ​​макроелементи. Важен ограничаващ фактор в съвременните условия е замърсяването на околната среда. Основният ограничаващ фактор за Й. Одуму, -размери и качество oikosa", или нашите" естествен дом,а не само броя на калориите, които могат да бъдат изцедени от земята. Пейзажът е не само склад, но и къщата, в която живеем. „Целта трябва да бъде поне една трета от цялата земя да се запази като защитено открито пространство. Това означава, че една трета от цялото ни местообитание трябва да бъдат национални или местни паркове, резервати, зелени площи, зони на дива природа и т.н. Територията, необходима от един човек, според различни оценки, варира от 1 до 5 хектара. Втората от тези цифри надвишава площта, която сега пада върху един жител на Земята.

Гъстотата на населението се доближава до един човек на 2 хектара земя. Само 24% от земята е подходяща за земеделие. Докато само 0,12 хектара могат да осигурят достатъчно калории, за да издържат един човек, здравословната диета с много месо, плодове и зеленчуци изисква около 0,6 хектара на човек. Освен това около 0,4 хектара са необходими за производството на различни видове влакна (хартия, дърво, памук) и още 0,2 хектара за пътища, летища, сгради и др. Оттук идва и концепцията за "златния милиард", според която оптималното население е 1 милиард души и следователно вече има около 5 милиарда "допълнителни хора". Човекът за първи път в своята история се сблъсква с ограничаващи, а не с местни ограничения. Преодоляването на ограничаващите фактори изисква огромни разходи на материя и енергия. Удвояването на добива изисква десетократно увеличение на количеството тор, пестициди и мощност (животни или машини). Размерът на населението също е ограничаващ фактор.

Закон за конкурентното изключване

Този закон е формулиран по следния начин: два вида, заемащи една и съща екологична ниша, не могат да съжителстват на едно място за неопределено време.

Кой вид печели зависи от външните условия. При подобни условия всеки може да спечели. Важно обстоятелство за победата е темпът на нарастване на населението. Неспособността на вида за биотична конкуренция води до неговото изместване и необходимостта от адаптиране към по-трудни условия и фактори.

Законът за конкурентното изключване може да работи и в човешкото общество. Особеността на неговото действие в момента е, че цивилизациите не могат да се разпръснат. Те няма къде да напуснат територията си, тъй като в биосферата няма свободно пространство за заселване и няма излишък от ресурси, което води до изостряне на борбата с всички произтичащи от това последици. Можем да говорим за екологично съперничество между страните и дори за екологични войни или войни, породени от екологични причини. Едно време Хитлер оправда агресивната политика на нацистка Германия с борбата за жизнено пространство. Ресурси от петрол, въглища и др. и тогава те бяха важни. Те имат още по-голяма тежест в 21 век. Освен това беше добавена необходимостта от територии за погребване на радиоактивни и други отпадъци. Войните – горещи и студени – придобиват екологично измерение. Много събития от съвременната история, като разпадането на Съветския съюз, се възприемат по нов начин, ако ги погледнете от екологична гледна точка. Една цивилизация може не само да завладее друга, но и да я използва за егоистични цели от екологична гледна точка. Това ще бъде екологичен колониализъм. Така се преплитат политически, социални и екологични въпроси.

Основен закон на екологията

Едно от основните постижения на екологията беше откритието, че не само организмите и видовете се развиват, но и. Последователността от общности, които се заменят една друга в дадена област, се нарича приемственост.Наследяването възниква в резултат на промяна във физическата среда под действието на общността, т.е. контролиран от него.

Високата производителност дава ниска надеждност – друга формулировка на основния закон на екологията, от която следва следното правило: „Оптималната ефективност винаги е по-малка от максималната“. Разнообразието, в съответствие с основния закон на екологията, е пряко свързано с устойчивостта. Все още обаче не е известно до каква степен тази връзка е причинно-следствена.

Някои други закони и принципи, важни за екологията.

Закон за възникване: цялото винаги има специални свойства, които неговата част няма.

Закон за необходимото разнообразие: системата не може да се състои от абсолютно идентични елементи, но може да има йерархична организация и интегративни нива.

Закон за необратимостта на еволюцията: един организъм (популация, вид) не може да се върне в предишното си състояние, реализирано в поредицата от своите предци.

Законът за усложнението на организацията: историческото развитие на живите организми води до усложняване на тяхната организация чрез диференциране на органи и функции.

биогенетичен закон(E. Haeckel): онтогенезата на един организъм е кратко повторение на филогенезата на даден вид, т.е. индивидът в своето развитие повтаря накратко историческото развитие на своя вид.

Законът за неравномерното развитие на части от системата: системите на едно и също ниво на йерархия не се развиват строго синхронно, докато някои достигат по-висок етап на развитие, други остават в по-слабо развито състояние. Този закон е пряко свързан със закона за необходимото разнообразие.

Законът за запазване на живота: животът може да съществува само в процеса на движение през живото тяло на потока от вещества, енергия, информация.

Принципът на поддържане на реда(Y. Prigozhy): в отворените системи ентропията не се увеличава, а намалява, докато се достигне минималната константна стойност, която винаги е по-голяма от нула.

Принципът на Льо Шателие-Браун: при външно въздействие, което извежда системата от състояние на стабилно равновесие, това равновесие се измества в посоката, в която ефектът на външното влияние е отслабен.

Принцип на пестене на енергия(Л. Онзагер): с вероятността за развитие на процеса в определен набор от посоки, позволени от принципите на термодинамиката, се реализира тази, която осигурява минимално разсейване на енергия.

Закон за максимизиране на енергията и информацията: най-добрият шанс за самосъхранение има система, която е най-благоприятна за получаване, производство и ефективно използване на енергия и информация; максималният прием на дадено вещество не гарантира успеха на системата в състезателната борба.

Законът за развитието на системата за сметка на околната среда: всяка система може да се развива само чрез използване на материалните, енергийните и информационните възможности на нейната среда; абсолютно изолирано саморазвитие е невъзможно.

Правилото на Шрьодингер"за храненето" на организма с отрицателна ентропия: подредеността на организма е по-висока от околната среда и организмът дава повече безпорядък на тази среда, отколкото получава. Това правило корелира с принципа на Пригожин за поддържане на реда.

Правило за ускорение на еволюцията: с нарастващата сложност на организацията на биосистемите продължителността на съществуването на един вид средно намалява, а скоростта на еволюция се увеличава. Средната продължителност на живота на видовете птици е 2 милиона години, а тази на видовете бозайници е 800 000 години. Броят на изчезналите видове птици и бозайници в сравнение с общия им брой е голям.

Закон за относителната независимост на адаптацията: високата адаптивност към един от факторите на околната среда не дава същата степен на адаптация към други условия на живот (напротив, може да ограничи тези възможности поради физиологичните и морфологични характеристики на организмите).

Принцип на минималния размер на населението: има минимален размер на популацията, под който размерът на популацията не може да падне.

Правилото за представяне на рода от един вид: в хомогенни условия и в ограничена площ, таксономичен род, като правило, е представен само от един вид. Очевидно това се дължи на близостта на екологичните ниши на видовете от същия род.

Законът за изчерпване на живата материя в нейните островни концентрации(G.F. Hilmi): „Индивидуална система, работеща в среда с ниво на организация, по-ниско от нивото на самата система, е обречена: постепенно губейки структурата си, системата ще се разтвори в средата след известно време.“ Това води до важен извод за дейността на човека в околната среда: изкуственото запазване на малки екосистеми (в ограничена площ, например резерват) води до тяхното постепенно унищожаване и не гарантира опазването на видовете и общностите.

Закон за енергийната пирамида(Р. Линдеман): от едно трофично ниво на екологичната пирамида, средно около 10% от енергията, получена на предишното ниво, преминава към друго, по-високо ниво. Обратният поток от по-високи към по-ниски нива е много по-слаб - не повече от 0,5-0,25%, и затова не е необходимо да се говори за енергийния цикъл в биоценозата.

Правилото за задължение за запълване на екологични ниши: празната екологична ниша е винаги и задължително естествено запълнена („природата не търпи празнотата“).

Принцип на формиране на екосистемата: дългосрочното съществуване на организмите е възможно само в рамките на екологични системи, където техните компоненти и елементи се допълват взаимно и се адаптират взаимно. От тези екологични закони и принципи следват някои изводи, които са справедливи за системата „човек-околна среда”. Те принадлежат към типа закон за ограничаване на многообразието, т.е. налагат ограничения върху човешката дейност за трансформиране на природата.

закон на бумеранга: всичко, което е извлечено от биосферата с човешки труд, трябва да бъде върнато в нея.

Закон за незаменимостта на биосферата: биосферата не може да бъде заменена от изкуствена среда, както, да речем, не могат да бъдат създадени нови видове живот. Човек не може да построи вечен двигател, докато биосферата на практика е "вечна" машина.

Законът за камъчената кожа: глобалният първоначален природен ресурсен потенциал непрекъснато се изчерпва в хода на историческото развитие. Това следва от факта, че в момента няма принципно нови ресурси, които биха могли да се появят. За живота на всеки човек са необходими 200 тона твърди вещества годишно, които той с помощта на 800 тона вода и средно 1000 W енергия превръща в полезен продукт за себе си. Всичко това човек взема от това, което вече е в природата.

Принцип на отдалеченост на събитието: потомците ще измислят нещо, за да предотвратят възможни негативни последици. Въпросът доколко законите на екологията могат да бъдат пренесени в отношенията на човека с околната среда остава открит, тъй като човекът се различава от всички други видове. Например при повечето видове темпът на растеж на популацията намалява с увеличаване на гъстотата на популацията; при хората, напротив, нарастването на населението в този случай се ускорява. Някои от регулаторните механизми на природата липсват при хората и това може да послужи като допълнителен повод за технологичен оптимизъм у някои и за екологичните песимисти да свидетелстват за опасността от подобна катастрофа, която е невъзможна за всеки друг вид.

Задачата на екологията е да търси закони, обясняващи взаимодействието на организмите и околната среда.

(Какво е фактор на околната среда? Какви групи фактори на околната среда познавате?)

Живият организъм в естествени условия е едновременно изложен на не един, а много фактори на околната среда, както биотични, така и абиотични. Всеки фактор на околната среда е динамичен, променлив във времето и пространството. Всеки жив организъм обаче изисква строго определени нива, количества (дози) на факторите на околната среда, както и определени граници на техните колебания. Ако режимите на всички фактори на околната среда отговарят на наследствено фиксираните изисквания на организма (т.е. неговия генотип), тогава той е в състояние да оцелее и да произведе жизнеспособно потомство.

Така че растенията се нуждаят от значителни количества влага, хранителни вещества (азот, фосфор, калий), но изискванията за други вещества, като бор или молибден, се определят от незначителни количества. Липсата или липсата на каквото и да е вещество (както макро, така и микроелементи) се отразява негативно на състоянието на тялото, дори ако всички останали присъстват в необходимите количества.

1. Закон за минимума

Исторически, първият за екологията е законът, установяващ зависимостта на живите системи от фактори, ограничаващи тяхното развитие (т.нар. ограничаващи фактори).

Концепцията за ограничаващи фактори е въведена през 1840 г. от немския земеделски химик и физиолог Юстус Либих (1803-1873). Изучавайки влиянието на съдържанието на различни химични елементи в почвата върху растежа на растенията, той формулира правилото: "Реколтата (производството) зависи от фактора, който е минимален."Това правило е известно като Закон за минимума на Либих.

Като визуална илюстрация на закона за минимума на Либих често се изобразява цев, в която дъските, образуващи страничната повърхност, имат различна височина. Дължината на най-късата дъска определя нивото, до което цевта може да се напълни с вода. Следователно дължината на тази дъска е ограничаващият фактор за количеството вода, което може да се излее в бъчва. Дължината на другите дъски вече няма значение.

Нека анализираме закона за минимума на конкретни примери. Почвата съдържа всички елементи на минерално хранене, необходими за този вид растение, с изключение на един от тях, като цинк. Растежът на растенията на такава почва ще бъде силно инхибиран или дори невъзможен. Ако към почвата се добави правилното количество цинк, това ще доведе до подобрен растеж на растенията. Но ако въведем някакво друго химическо вещество (например калий, азот, фосфор) и все още липсва цинк, това няма да даде никакъв ефект.

През 1908 г. климатологът Воейков използва закона за минимума по отношение на климатичните фактори, а през 1936 г. зоогеографът Гепнер в зоогеографията. Законът за минимума на Либих важи за всички абиотични и биотични фактори, засягащи тялото.

Така законът за минимума е валиден не само за растенията, но и за всички живи организми, включително и за хората. Известно е, че в някои случаи липсата на каквито и да е елементи в организма трябва да се компенсира с използването на минерална вода или витамини.

(Пример. Минималната дневна нужда от йод за възрастен, според СЗО, е 150–200 mcg. Йодът е част от хормоните на щитовидната жлеза и е от съществено значение за нашето тяло за много физиологични процеси:

Нормално образуване и функциониране на мозъка,

Развитието на висок интелект,

нормална функция на щитовидната жлеза,

Нормален растеж и развитие на детето,

Пълен живот на възрастен и размножаване,

Нормален ход на бременността и раждането, нормално развитие на плода и новороденото,

Забавяне на развитието на атеросклероза и стареене на тялото, за удължаване на младостта и предотвратяване на преждевременното стареене, за поддържане на бистър ум и добра памет в продължение на много години.)

В съвременния възглед законът за минимума казва: „Приближавайки минималната си стойност, необходима за поддържане на живота на организма, факторът на околната среда става ограничаващ, т.е. ограничава способността на организма да оцелее.

Най-пълно и в най-общ вид сложността на влиянието на факторите на околната среда върху организма отразява закона за толерантността на W. Shelford.