Leggi e modelli nella natura inanimata e vivente. Leggi fondamentali dello sviluppo biologico Leggi fondamentali della vita

Una persona deve obbedire alle leggi della natura, perché queste sono leggi oggettive e sono un ordine di grandezza superiore alle leggi della società. In totale, sono state scoperte più di 250 leggi, nominiamo le leggi fondamentali dello sviluppo della natura (secondo N.F. Reimers):

1. La legge della migrazione biogena degli atomi (Vernadsky VI). Uno dei bisogni principali è la conservazione della copertura vivente della Terra in uno stato relativamente invariato. Questa legge determina la necessità di tenere conto degli impatti sul biota in qualsiasi progetto di trasformazione della natura;
2. La legge dell'equilibrio dinamico interno (qualsiasi cambiamento nell'ambiente, materia, energia, informazione, ecc. porta inevitabilmente allo sviluppo di reazioni a catena naturali o alla formazione di nuovi ecosistemi, la cui formazione può diventare irreversibile al variare della l'ambiente);
3. La legge "Tutto o niente" (H. Bowling). Utile per le previsioni ambientali;
4. La legge della costanza (Vernadsky V.I.). La quantità di materia vivente della natura è una costante. La conseguenza della legge è la regola del riempimento obbligatorio delle nicchie ecologiche, e indirettamente il principio di esclusione (T.F. Gauze);
5. La legge del minimo (J. Liebig). La resistenza dell'organismo è determinata dall'anello più debole della catena dei bisogni ecologici;
6. La legge delle risorse naturali limitate (tutte le risorse naturali della Terra sono finite;
7. La legge dello sviluppo del sistema naturale a scapito dell'ambiente. L'autosviluppo assolutamente isolato è impossibile. La biosfera della Terra si sviluppa non solo a spese delle risorse del pianeta, ma anche sotto il controllo dei sistemi spaziali (Solare);
8. La legge della diminuzione dell'intensità naturale dei prodotti finiti (l'efficienza umana va dal 2 al 5%, il resto va sprecato);
9. La legge della caduta del potenziale delle risorse naturali. Con un metodo di produzione e un tipo di tecnologia, le risorse naturali diventano meno disponibili e richiedono un aumento del costo del lavoro e dell'energia per la loro estrazione;
10. La legge di riduzione dell'efficienza energetica della gestione della natura. I costi per unità di prodotti naturali sono aumentati di 58-62 volte rispetto all'età della pietra. Il consumo di energia per persona (kcal / giorno) nell'età della pietra era di 4 mila, in una società agraria 12 mila, nei paesi industriali avanzati è ora 230-250 mila Dall'inizio del 20 ° secolo, la quantità di energia per unità della produzione agricola è aumentata di 8 -10 volte. L'efficienza energetica totale della produzione agricola è 30 volte superiore rispetto alle condizioni dell'agricoltura primitiva. Un aumento di dieci volte del consumo di energia per fertilizzanti e attrezzature fornisce un aumento della resa solo del 10-15%;
11. La legge della diminuzione della fertilità (naturale) del suolo (la terra arabile nel mondo è già stata persa del 50% ad un tasso medio di perdita di 7 milioni di ettari/anno). L'intensificazione della produzione agricola consente di ottenere più raccolti con meno costi di manodopera e neutralizza parzialmente l'effetto della Legge della Fertilità Diminutiva, ma allo stesso tempo diminuisce l'efficienza energetica della produzione;
12. La legge dell'unità fisica e chimica della materia vivente (VI Vernadsky). Tutte le sostanze viventi della Terra sono fisicamente e chimicamente le stesse. Eventuali agenti fisico-chimici letali per alcuni organismi (disinfestazione) non possono che avere un effetto dannoso su altri (una persona si avvelena con veleni e pesticidi!);
13. La legge della correlazione ecologica. (Particolarmente importante per la conservazione delle specie animali);
14. "Leggi" dell'ecologia B. Commoner: 1) tutto è connesso con tutto; 2) tutto deve andare da qualche parte; 3) la natura "sa" meglio. 4) nulla è dato gratuitamente.

Teoria delle cellule(T. Schwann, M. Schleiden, R. Virchow).
Tutti gli esseri viventi - piante, animali e organismi unicellulari - sono composti da cellule e dai loro derivati. Una cellula non è solo un'unità di struttura, ma anche un'unità di sviluppo per tutti gli organismi viventi. Tutte le cellule sono caratterizzate da somiglianze nella composizione chimica e nel metabolismo. L'attività di un organismo consiste nell'attività e nell'interazione delle sue unità cellulari indipendenti costituenti. Tutte le cellule viventi derivano da cellule viventi.

Teoria cromosomica dell'ereditarietà(T.Morgan).
I cromosomi con geni localizzati in essi sono i principali portatori materiali di ereditarietà.

I geni si trovano sui cromosomi e formano un gruppo di collegamento all'interno di un cromosoma. Il numero di gruppi di legame è uguale al numero aploide di cromosomi.
Sul cromosoma, i geni sono disposti linearmente.
Nella meiosi può avvenire il crossing-over tra cromosomi omologhi, la cui frequenza è proporzionale alla distanza tra i geni.

La teoria dell'origine della vita sulla Terra(A.I. Oparin, J. Haldane, S. Focke, S. Miller, G. Meller).
La vita sulla Terra ha avuto origine in modo abiogenico.

Le sostanze organiche si sono formate da quelle inorganiche sotto l'influenza di fattori fisici dell'ambiente.
Hanno interagito, formando sostanze sempre più complesse, risultando in enzimi e sistemi enzimatici autoriproducenti - geni liberi.
I geni liberi hanno acquisito varietà e hanno iniziato a connettersi.
Intorno a loro si sono formate membrane proteico-lipidiche.
Da organismi eterotrofi si sono sviluppati quelli autotrofi.

Teoria dell'evoluzione(Carlo Darwin).
Tutte le numerose forme di piante e animali attualmente esistenti si sono evolute da organismi più semplici esistenti in precedenza attraverso cambiamenti graduali che si sono accumulati nelle generazioni successive.

Teoria della selezione naturale(Carlo Darwin).
Nella lotta per l'esistenza in condizioni naturali, i più adatti sopravvivono. La selezione naturale preserva tutti i segni vitali che agiscono a beneficio dell'organismo e della specie nel suo insieme, a seguito della quale si formano nuove forme e specie.

Teoria della membrana(M. Traube, W. Pfeffer, C. Overton).
Derivato dalla teoria cellulare. Spiega le proprietà di una cellula (permeabilità, capacità di accumulare selettivamente sostanze, capacità di mantenere la stabilità osmotica e capacità di generare potenziali elettrici) dalle proprietà della sua membrana plasmatica, rappresentata da un doppio strato di fosfolipidi, parzialmente o completamente permeato di proteine, con canali "sodio", "potassio" e altri (circa 30 varietà). Attualmente, viene gradualmente riconosciuto come insolvente.

Teoria delle fasi(B. Moore, M. Fisher, V. Lepeshkin, DN Nasonov, A.S. Troshin, G. Ling)
Derivato dalla teoria del sarcode di Dujardin. È un'alternativa alla teoria della membrana generalmente accettata. Rappresenta la membrana come un confine di acqua orientata polarizzata e, sulla base di ciò, spiega le proprietà della cellula, considerando la cellula stessa come un protoplasma - un sistema colloidale, le cui fasi sono formate da un insieme ordinato di molecole di proteine, acqua e ioni, combinati in un unico insieme dalla possibilità di reciproche transizioni.

Le leggi

Legge biogenetica(F. Müller, E. Haeckel, A. N. Severtsov). L'ontogenesi di un organismo è una breve ripetizione degli stadi embrionali dei suoi antenati. Nell'ontogenesi vengono poste nuove strade del loro sviluppo storico - la filogenesi.
Legge sulla somiglianza embrionale(K. Baer). Nelle prime fasi, gli embrioni di tutti i vertebrati sono simili tra loro e le forme più sviluppate attraversano le fasi dello sviluppo delle forme più primitive.
La legge di irreversibilità dell'evoluzione(L. Dollo). Un organismo (popolazione, specie) non può tornare allo stato precedente, che era già realizzato nella serie dei suoi antenati.
Legge sullo sviluppo evolutivo(Carlo Darwin). La selezione naturale basata sulla variabilità ereditaria è il principale motore dell'evoluzione del mondo biologico.
leggi sull'eredità(G. Mendel, 1865):
1. La legge di uniformità degli ibridi di prima generazione (prima legge di Mendel) - con incrocio monoibrido, negli ibridi di prima generazione compaiono solo caratteri dominanti - è fenotipicamente uniforme.
2. La legge della scissione (seconda legge di Mendel) - durante l'autoimpollinazione degli ibridi di prima generazione nella prole, si verifica una scissione dei tratti in un rapporto di 3: 1, mentre si formano due gruppi fenotipici: dominante e recessivo.
3. La legge dell'eredità indipendente (terza legge di Mendel) - con l'incrocio diibrido negli ibridi, ogni coppia di tratti viene ereditata indipendentemente dalle altre e dà loro diverse combinazioni. Si formano quattro gruppi fenotipici, caratterizzati da un rapporto di 9: 3: 3: 1.

Ipotesi sulla frequenza dei gameti(G. Mendel, 1865): le coppie di tratti alternativi in ciascun organismo non si mescolano durante la formazione dei gameti e, una per ogni coppia, vi passano in forma pura.

La legge dell'eredità collegata(T. Morgan, 1911) I geni collegati localizzati su un cromosoma sono ereditati insieme e non mostrano una distribuzione indipendente
La legge delle serie omologhe di variazione ereditaria(NI Vavilov, 1920) Specie e generi geneticamente vicini sono caratterizzati da serie simili di variabilità ereditaria.
La legge dell'equilibrio genetico nelle popolazioni(G. Hardy, V. Weinberg). In una popolazione illimitata in assenza di fattori che modificano la concentrazione dei geni, con il libero incrocio di individui, l'assenza di selezione e mutazione di questi geni e l'assenza di migrazione, i rapporti numerici dei genotipi AA, aa, Aa rimangono costante di generazione in generazione. Le frequenze dei membri di una coppia di geni allelici nelle popolazioni sono distribuite secondo la decomposizione del binomio di Newton (pA + qa) 2.
Legge di conservazione dell'energia(I.R. Mayer, D. Joule, G. Helmholtz). L'energia non si crea e non scompare, ma passa solo da una forma all'altra. Durante il passaggio della materia da una forma all'altra, il cambiamento della sua energia corrisponde strettamente all'aumento o alla diminuzione dell'energia dei corpi che interagiscono con essa.
Legge minima(Yu. Liebikh). La resistenza di un organismo è determinata dall'anello più debole della catena dei suoi bisogni ecologici, cioè dal fattore minimo.
La regola dell'interazione dei fattori: l'organismo è in grado di sostituire una sostanza carente o un altro fattore attivo con un'altra sostanza o fattore funzionalmente correlato.
La legge della migrazione biogena degli atomi(V.I. Vernadsky). La migrazione di elementi chimici sulla superficie terrestre e nella biosfera nel suo insieme avviene o con la partecipazione diretta della materia vivente (migrazione biogena), oppure avviene in un ambiente le cui caratteristiche geochimiche sono dovute alla materia vivente, sia quello che attualmente costituisce la biosfera, e quelli che sono esistiti sulla Terra nel corso della storia geologica.

Modelli

Determinismo- predeterminazione dovuta al genotipo; una regolarità, a seguito della quale da ciascuna cellula si forma un determinato tessuto, un determinato organo, che si verifica sotto l'influenza del genotipo e dei fattori ambientali, comprese le cellule vicine (induzione durante la formazione dell'embrione).
L'unità della materia vivente- un inseparabile aggregato biochimico-molecolare di materia vivente (biomassa), un insieme sistemico con caratteristiche caratteristiche di ciascuna epoca geologica. La distruzione delle specie viola l'equilibrio naturale, che porta a un brusco cambiamento nelle proprietà biochimiche molecolari della materia vivente e all'impossibilità dell'esistenza di molte specie ora prospere, compresi gli umani.
La regolarità della distribuzione geografica dei centri di origine delle piante coltivate(NI Vavilov) - concentrazione di centri di formazione di piante coltivate in quelle regioni del mondo dove si osserva la loro maggiore diversità genetica.
Il modello della piramide ecologica- il rapporto tra produttori, consumatori e riduttori, espresso nel loro peso e rappresentato sotto forma di modello grafico, dove ogni livello alimentare successivo è il 10% del precedente.
Zonizzazione- la regolare localizzazione nel globo di zone naturali differenti per clima, vegetazione, suoli e fauna. Le zone sono latitudinali (geografiche) e verticali (in montagna).
Variabilità- la capacità degli organismi di modificare le proprie caratteristiche e proprietà; la variabilità genotipica è ereditata, fenotipica - non ereditata.
metamerismo- ripetizione dello stesso tipo di corpo o organo; negli animali - il corpo articolato di vermi, larve di molluschi e artropodi, il torace dei vertebrati; nelle piante - nodi e internodi dello stelo.
Eredità- la capacità degli organismi di trasmettere le proprie caratteristiche e proprietà alla generazione successiva, cioè di riprodurre la propria specie.
Polarità- l'opposto delle estremità del corpo: negli animali - anteriore (testa) e posteriore (coda), nelle piante - superiore (eliotropico) e inferiore (geotropico).
Fitness- l'opportunità relativa della struttura e delle funzioni dell'organismo, che era il risultato della selezione naturale, eliminando quelli non adattati alle date condizioni di esistenza.
Simmetria- disposizione regolare e corretta delle parti del corpo rispetto al centro - simmetria radiale (alcuni invertebrati, organi assiali delle piante, fiori regolari) o rispetto a una linea retta (asse) o piano - simmetria bilaterale (alcuni invertebrati e tutti i vertebrati, nelle piante - foglie e fiori irregolari).
Ciclicità- ripetizione di determinati periodi della vita; ciclo stagionale, ciclo giornaliero, ciclo di vita (periodo dalla nascita alla morte). Ciclicità nell'alternanza delle fasi nucleari - diploide e aploide.

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NUOVO NELLA VITA, SCIENZA, TECNOLOGIA

ABBONAMENTO SCIENTIFICO POPOLARE SERIE

BIOLOGIA

1/1990

Pubblicato mensilmente dal 1967.

G.N. Chernov,

candidato di scienze biologiche

LE LEGGI

TEORICO

BIOLOGIA

Casa Editrice Znanie Mosca 1990

BBK28.0

CHERNOV Gennady Nikolaevich - candidato di scienze biologiche, ricercatore senior presso VNIISENTI del Ministero dell'industria medica dell'URSS - ricerca lo sviluppo delle biotecnologie all'estero. L'opera dell'autore “N. P. Krenke e la sua teoria dell'invecchiamento e del ringiovanimento "e" Biotecnologia nel quadro dell'approccio storico-sistema".

Sopra2° lato delle immagini di copertina: / - vista della Terra dallo spazio (basata sulla pubblicazione “ Pace verde »); 2 - coffa. Il maschio porta il cibo alla femmina, che non lascia l'uovo covato in inverno (dalle illustrazioni di V. Kurdov alle opere di Vitaly Bianki); 3 - la curva dell'età (secondo N.P. Krenke); 4 - Caccia al Cro-Magnon (da Pierre Laurent); 5 - schema di clonazione delle cellule (dal libro di R. V. Petrov "Immunologia"); 6 - lo schema dell'evoluzione diretta (secondo A.N. Sever-Job)

Chernov G.N.

449 Leggi della biologia teorica. - M .: Conoscenza, 1990 .-- 64 p. - (Nuovo nella vita, nella scienza, nella tecnologia. Ser. "Biologia"; n. 1). ISBN 5-07-000742-4 15 K.

Vengono prese in considerazione le principali generalizzazioni teoriche a cui la scienza biologica è giunta sulla via del suo sviluppo da Carlo Linneo ai giorni nostri. Nel divulgare queste generalizzazioni, l'autore ha dato loro la forma delle dodici leggi della biologia teorica.

1901000000

ISBN 5-07-000742-4

BBK 28.0

© Cernov G. N., 1990

introduzione

Per scoprire e mostrare cos'è la vita, dobbiamo indagare su tutte le forme di vita e rappresentarle nella loro reciproca connessione.

F. inglese

Il diritto come componente teorica della scienza è una generalizzazione scientifica che esprime in modo conciso e accurato gli aspetti, le relazioni e le connessioni essenziali dei fenomeni, degli oggetti e dei sistemi oggetto di studio. Questo opuscolo formula le leggi dell'organizzazione e dello sviluppo della materia vivente, che costituiscono il contenuto teorico di base della biologia generale, leggi che l'autore non pretende affatto di aver scoperto. Si tratta della loro cristallizzazione dalla somma di conclusioni e generalizzazioni che la scienza è giunta fino ad oggi. È più corretto nominare il lavoro svolto codificazione scientifica(portando nel sistema) le leggi della biologia teorica.

I fatti e le generalizzazioni più importanti che sono oggetto della nostra analisi sono ottenuti sulla base di vari metodi sperimentali, descrittivi e teorici di cognizione della natura vivente. Pertanto, la biologia teorica qui presentata non è il risultato di mera speculazione: riflette il sistema metodologico delle scienze biologiche nel suo insieme. Tuttavia, la codificazione delle leggi stessa è un problema puramente teorico, risolto con l'aiuto di analisi storico-sistema. Lo scopo di questa analisi, che è uno degli aspetti della dialettica materialista, è quello di rivelare la struttura reale del sistema in esame (nel nostro caso, il sistema delle leggi), l'interazione dei suoi elementi e la loro connessione con il sistema come un insieme, per mostrare l'integrità del sistema, per determinare le fasi, le direzioni, i fattori e le prospettive del suo sviluppo. Il sistema di leggi presentato ci avvicina alla meta qui indicata, anche se lascia molte questioni irrisolte.

1. Attributività (attaccamento di un certo

oggetto). Il sistema di leggi della biologia teorica, basato sulla definizione del suo soggetto, dovrebbe appartenere alla biologia generale, cioè dovrebbe essere biologico generale e non privato o puramente filosofico. Questo requisito è stato soddisfatto selezionando concetti scientifici biologici generali alla base delle leggi descritte.

2. Dimostrazione A differenza di un'ipotesi, cioè di un presupposto, una legge scientifica è una generalizzazione localizzata. Furono le generalizzazioni provate dall'intero corso dello sviluppo della scienza e ripetutamente confermate dagli studi di vari scienziati che entrarono nel sistema delle leggi della biologia teorica qui formulato.Ipotesi, ipotesi, per quanto importanti possano riguardare, rimasero al di fuori di questo sistema, quindi non esaustivo dell'intera somma delle generalizzazioni teoriche in questo ambito.

3. Concisione La biologia teorica deve essere abbastanza compatta, non c'è spazio per una considerazione dettagliata dei dettagli di cui le scienze biologiche sono così ricche. Per soddisfare questo requisito, l'autore si è sforzato per la brevità e la presentazione concisa.

4. Sistemico Nell'insieme, le leggi della biologia teorica dovrebbero rappresentare un sistema scientifico integrale, e non un insieme di verità disparate. L'adempimento di questo requisito si basa sull'unità della forma biologica del movimento della materia - l'unità dovuta all'origine comune e all'organizzazione sistemica degli esseri viventi. La natura olistica del complesso di leggi presentato è confermata dalla connessione logica tra di loro. È particolarmente importante sottolineare il significato fondamentale delle leggi incluse nella sezione "Evoluzione biologica".

5.Storicità Le leggi della scienza nel corso del suo sviluppo possono cambiare, pur mantenendo la propria identità, determinata dalla conservazione della loro base storica. Pertanto, in molti casi, abbiamo il diritto di

Aspettarsi come un'unica legge le conclusioni teoriche fatte in passato con la loro formulazione moderna, cioè l'idea iniziale con il suo successivo sviluppo. Le formulazioni delle leggi proposte dall'autore e il loro sistema nel suo insieme, secondo il principio di storicismo, non possono pretendere di essere definitive. Sono legittime anche altre opzioni per costruire le leggi della biologia teorica. Tuttavia, l'autore ritiene che il significato scientifico di tutte le generalizzazioni qui presentate, non importa quanti anni abbiano le loro origini, è così grande che al di fuori di esse, la costruzione della moderna biologia teorica come un sistema integrale di conoscenza è difficilmente possibile.

6. Nominativo. Per sottolineare la priorità e il ruolo di scienziati eccezionali nella formazione delle generalizzazioni qui presentate, al fine di semplificare i riferimenti a queste generalizzazioni, nonché per scopi didattici, l'autore ha deciso di assegnare a ciascuna delle leggi qui riportate i nomi degli scienziati cui sono associate queste generalizzazioni. La natura nominativa delle leggi contribuisce alla loro approvazione nella scienza in questa veste, e questa circostanza, ovviamente, è servita anche come argomento a favore della decisione.

Le principali generalizzazioni della biologia teorica sono qui riassunte in 12 leggi relative a 6 delle sue aree.

Sistema del mondo biologico

Considerando il mondo degli organismi viventi che abitano la Terra, si può fare in modo che rappresenti due sistemi gerarchici: tassonomico e geobiologico.

Lo studio del mondo organico come sistema tassonomico è compito della tassonomia biologica, basata su una conoscenza completa degli organismi e dei gruppi sistematici (taxa). La rappresentazione di questo sistema sul piano storico, evolutivo (ed è proprio in questo caso che può essere pienamente compreso) richiede che la tassonomia utilizzi i dati della paleontologia, dell'embriologia, della morfologia evolutiva e della fisiologia. Le conclusioni teoriche più generali di questo gruppo di scienze biologiche sono presentate qui in

la legge dell'unità e della diversità della vita, o la legge di Saint-Hilaire.

Lo studio del mondo organico come sistema geobiologico è compito delle scienze del complesso geobiologico, che comprende la biogeografia, la scienza biologica del suolo, l'idrobiologia, la biogeocenologia, la biogeochimica. La generalizzazione delle principali conclusioni di queste scienze è contenuta nella legge della globalità della vita, o prima legge di Vernadsky.

Questi due sistemi gerarchici (tassonomico e geobiologico) sono in qualche modo interconnessi a molti livelli e si fondono a livello di popolazioni di specie. Questo livello di organizzazione dei viventi appartiene sia all'uno che all'altro di questi sistemi. Pertanto, la combinazione delle due leggi nominate in un quadro generale riflette i rapporti reali, la cui analisi può costituire il contenuto di studi speciali.

Dopo queste brevi considerazioni, passiamo direttamente alla considerazione delle leggi che costituiscono il contenuto principale di questa sezione. L'esame di ciascuna legge inizia con la formulazione della sua tesi, dopo di che verranno fornite le necessarie spiegazioni e commenti. Questo ordine di presentazione è adottato nelle sezioni seguenti.

La legge dell'unità e della diversità della vita, o legge di St. Hilaire

1. La vita sulla Terra è rappresentata da un'enorme varietà di forme organiche di vari gradi di complessità, dai virus agli umani. Tutta questa diversità forma un sistema tassonomico naturale, costituito da gerarchico gruppi - tassa di vari gradi.

2. L'unità delle forme organiche si manifesta anche entro i limiti di ciascun gruppo tassonomico di qualsiasi rango e del mondo vivente nel suo insieme, dalle corrispondenti caratteristiche della somiglianza della loro organizzazione.

3. La somiglianza della struttura e delle funzioni delle diverse forme organiche è dovuta alla comunanza della loro origine. (omologia), parallelismo dell'evoluzione adattativa ("adattativa) in condizioni ambientali simili (analogia), così come l'azione della componente nomogenetica (dal greco "nomos" - legge) dell'evoluzione (pomologia), definire il naturale

la natura della distribuzione tra forme viventi di segni che non sono associati ad adattamenti e all'unità di origine. Il rapporto di questi fattori in diversi casi specifici di somiglianza può essere diverso, fino al valore zero dell'uno o dell'altro di essi.

4. La diversità delle forme organiche riflette la sequenza storica della loro comparsa e sviluppo dal semplice al complesso, la diversità delle condizioni evolutive, il suo carattere divergente (divergente) e adattivo (adattivo), il processo mutazionale multidirezionale.

Una pianta separata è considerata nella tassonomia come appartenente a un numero di taxa di ranghi successivamente subordinati, tra cui il principale è la specie. I ranghi principali dei taxa botanici nella fila pi ascendente sono i seguenti: specie, genere, famiglia, ordine, classe, dipartimento, regno. All'interno di una specie si possono distinguere sottospecie geografiche, varietà morfologiche, ecotipi, in piante coltivate - varietà, ecc. In alcuni casi vengono introdotti taxa intermedi, come ad esempio una superfamiglia, sottoclasse, ecc. a cui corrisponde il dipartimento tipo di, ordine- distacco, e la varietà - razza.

Il principio gerarchico di costruire sistemi di piante e animali è stato coerentemente applicato da Linneo. Una fase importante nell'ulteriore sviluppo della tassonomia è stata la creazione della teoria dei tipi, grazie alla quale questo taxon di alto rango è stato introdotto nella scienza. L'idea del tipo e dell'unità della struttura degli animali all'interno di questo taxon è stata avanzata da Cuvier, che ha utilizzato le proprie osservazioni e i risultati delle ricerche di Saint-Hilaire. La fondatezza embriologica del concetto di tipo appartiene a KM Baer. Il merito di Etienne Geoffroy Saint-Hilaire (1772-1844) è di essere stato il primo ad opporsi all'instaurazione di barriere metafisiche tra i tipi e ad avvicinarsi da un punto di vista evoluzionistico alla comprensione dell'unità e della diversità delle forme organiche.

Dati concreti specifici sull'unità e la diversità del mondo organico all'interno dei regni della natura vivente sono contenuti nei corsi di botanica, zoologia e

robiologia e virologia. Qui toccheremo solo la tassonomia di questi stessi taxa superiori, cioè i regni della natura vivente, poiché questo problema riguarda direttamente la biologia generale e di solito rimane sullo sfondo.

L'autore di queste righe ritiene che la classificazione dei regni biologici debba basarsi su criteri strutturali e morfologici, e quindi distingue le seguenti forme fondamentali di organizzazione della materia vivente: 1) acellulare, 2) quasicellulare, 3) protocellulare, 4) monocellulare, 5) policellulare (cellula - cellula).

L'organizzazione acellulare (non cellulare) è caratteristica dei virus, dei loro ipotetici analoghi che vivevano nel brodo primario, così come delle goccioline proteiche coacervate postulate da A.I. Oparin nella sua teoria dell'origine della vita. Questo gruppo misto di oggetti biologici costituisce il regno dei proto-bontes.

L'organizzazione quasicellulare (per così dire cellulare) è caratteristica dei micoplasmi, i batteri più piccoli che non hanno un guscio. Un analogo gruppo di organismi potrebbe nascere da vari protobionti che formarono, per evoluzione progressiva, il regno di transizione degli archeobionti. La classe dei micoplasmi rappresenta un modello naturale, e forse un relitto di archeobionti.

L'organizzazione protocellulare (cellulare primaria) è inerente ai batteri reali ed è anche caratteristica degli archei e dei cianobatteri (alghe blu-verdi). È sorto sulla base di archeobionti a causa della formazione di una membrana cellulare in alcuni di essi e di un aumento delle dimensioni delle cellule. Questo gruppo forma il regno dei protocarioti, o batteri.

Il super-regno degli eucarioti, caratterizzato da un'organizzazione mono-n policellulare (singola e multicellulare), è sorto a seguito dell'evoluzione simbiotica di vari rappresentanti dei protocarioti, che ha portato alla formazione del regno degli zoofitoidi, compresi gli eucarioti inferiori . I regni delle piante superiori e degli animali multicellulari si sono evoluti dai suoi vari sottoregni.

Quindi, lo schema ipotetico da noi proposto racchiude tutte le forme di organizzazione della materia vivente conosciute nella scienza, collegate da filogenetici

stato e rappresentando un unico sistema di complicazione sequenziale dell'organizzazione strutturale e morfologica degli oggetti biologici. Questo problema è discusso in modo più dettagliato nell'ultima sezione della brochure.

Alcune caratteristiche dello sviluppo individuale degli organismi dovrebbero essere considerate una manifestazione essenziale della legge dell'unità e della diversità della vita. Innanzitutto, come la somiglianza degli embrioni in rappresentanti di gruppi sistematici lontani e il fenomeno ricapitolazione, cioè, la ripetizione nell'ontogenesi delle caratteristiche dell'organizzazione di antenati lontani. Le manifestazioni della somiglianza nell'organizzazione delle forme viventi basate sull'omologia e sull'analogia, cioè sull'unità di origine e sull'evoluzione adattativa in condizioni ambientali simili, sono state studiate in dettaglio su vari rappresentanti dei regni animale e vegetale.

Il parallelismo della mutabilità è stato stabilito in la legge delle serie omologhe N.I. Vavilov. Ad esempio, diversi tipi di grano hanno caratteristiche simili come la presenza e l'assenza di reste nella spiga, la sua omissione o ritentività, il colore bianco e rosso del chicco, ecc. In queste caratteristiche della somiglianza delle specie, l'omologia della loro apparato genetico si manifesta. L'omologia nei taxa di alto livello si osserva, ad esempio, in caratteristiche simili della posizione, della struttura e dello sviluppo embrionale degli arti in animali di diverse classi di vertebrati, nella somiglianza dell'inizio e della differenziazione dei foglietti germinali in animali di diverso tipo.

Un vivido esempio di analogia e analoga variabilità sono le caratteristiche della somiglianza esterna dei cetacei con i pesci, che è sorta a seguito dell'evoluzione di entrambi nell'ambiente acquatico. In questo caso, la somiglianza è dovuta proprio all'adattamento, e non all'unità di origine. La somiglianza nei cambiamenti nell'apparato dentale nel processo di evoluzione di artiodattili ed equidi, studiata da V.O.Kovalevsky, si basa simultaneamente sull'omologia e sull'analogia.

Quanto alla pomologia, alla variabilità pomologica, o alla componente nomogenetica dell'evoluzione, questo fenomeno è spesso negato. Ci sembra però che molti caratteri tassonomici, specie nei regni inferiori della natura vivente, siano dovuti a fenomeni di pomologia, cioè non siano associati ad alcuna unità di origine.

camminare, né con adattamenti. Gli esempi di pomologia, a quanto pare, dovrebbero includere una caratteristica fondamentale dei viventi come l'universalità del codice dell'informazione genetica.

Concludendo con questa considerazione della legge di Saint-Hilaire, notiamo che, rispetto all'idea originaria, il contenuto moderno di questa legge si distingue per una più chiara interpretazione dei fattori che determinavano l'unità e la diversità della vita. La dottrina evoluzionista si occupa dell'analisi di questi fattori. Ciò esprime il legame inestricabile tra la legge di Saint-Hilaire e le leggi dell'evoluzione biologica.

La legge della globalità della vita, o la prima legge di Vernadsky

1. A causa della capacità delle forme viventi di riprodursi e stabilirsi, la vita sulla Terra si diffonde ovunque ci siano le condizioni per la sua esistenza. Il mondo organico forma un sottile guscio planetario della biomassa degli organismi viventi e del loro habitat - biosfera, che ha determinato la storia geologica della crosta terrestre, l'evoluzione di piante, animali, microrganismi, la comparsa e l'esistenza dell'uomo. La struttura della biosfera è determinata dalla dinamica della formazione e dello sviluppo delle sue componenti geobiologiche: biogeocenosi, zone e paesaggi naturali, aree biogeografiche, formazioni vegetali.

2. La biosfera interagisce strettamente con l'atmosfera, l'idrosfera e la litosfera, \ evoluzione, fornendo il movimento e la circolazione della materia e dell'energia sul pianeta.

3. Il ciclo biologico delle sostanze sulla Terra è determinato dall'interazione di piante, animali e microrganismi, il cui ruolo globale è dovuto alle peculiarità del loro rapporto con l'ambiente.

4. Le piante verdi forniscono la presenza di ossigeno molecolare nell'atmosfera terrestre e svolgono un ruolo cosmico come accumulatori dell'energia luminosa del sole, svolgendo la biosintesi primaria delle sostanze organiche sulla Terra. Le piante sono l'anello iniziale delle catene trofiche (alimentari) e delle biocenosi.

5. Il ruolo biosferico degli animali, che, insieme ad altri componenti biologici degli ecosistemi, formano le cosiddette piramidi ecologiche, è principalmente associato alla loro partecipazione alle biogeocenosi come anelli intermedi superiori delle catene alimentari che determinano il movimento di sostanze ed energia in la biosfera. I resti solidi di animali fossili fanno parte delle rocce sedimentarie.

6. Il ruolo globale dei microrganismi si manifesta in processi quali la mineralizzazione delle sostanze organiche, la formazione di numerose rocce montuose, la formazione del suolo, nonché nell'effetto patogeno su altri organismi.

La comprensione della vita come fenomeno globale può essere considerata uno dei punti di partenza della sua comprensione teorica. Tuttavia, la scoperta di specifiche manifestazioni della vita su scala globale, il chiarimento del ruolo dei singoli gruppi di organismi nella formazione dei naturali arrabbiato e paesaggi, nello sviluppo geologico della crosta terrestre, nel movimento e circolazione delle sostanze sul nostro pianeta, hanno richiesto lunghe e approfondite ricerche. Nel corso di questi studi, il concetto di biocenosi e ecosistemi a vari livelli. Si è sviluppato un concetto ampio di biosfera come fattore determinante nella storia geologica della Terra. Questo concetto, proposto da Vladimir Ivanovich Vernadsky (1863-1945), è il nucleo principale della legge della globalità della vita.

Globalmente, la biomassa del nostro pianeta è molto piccola, solo 1/6000000 della massa del globo. Tuttavia, in termini di portata del suo impatto, la biomassa è una delle forze geochimiche più potenti del pianeta. La formazione e la stabilizzazione della composizione gassosa dell'atmosfera è il risultato della vita. Anche la composizione chimica dell'idrosfera è in gran parte determinata dai processi vitali degli organismi. Il suolo è un prodotto di scarto e un'area della più alta attività della materia vivente. Le rocce sedimentarie della Terra sono rocce biogene, creazione di materia vivente. Il guscio granitico della Terra si è formato a causa della rifusione di rocce sedimentarie. Secondo Vernadsky, i graniti sono "vecchie biosfere". Il mondo organico abbraccia con la sua influenza l'intera chimica della crosta terrestre,

11 che divide la storia geochimica di quasi tutti gli elementi della tavola periodica di D. I. Mendeleev.

Con l'aiuto degli organismi, anche l'energia della radiazione solare viene trasformata sulla superficie del pianeta e accumulata sotto forma di energia chimica di varie sostanze organiche. La produzione annuale totale di fotosintesi sulla Terra è di 42-46 miliardi di tonnellate di carbonio organico. Gli organismi fotosintetici - piante verdi e alcuni batteri - convertono sostanze inorganiche - C0 2, H 2 O, composti azotati, fosforo, zolfo in sostanze organiche. Allo stesso tempo, coinvolgono il ciclo biologico delle sostanze e molti altri elementi.

Un gruppo di piante verdi secondo il suo ruolo nel biologico.ioil ciclo ha preso il nome produttori materia organica. Gruppo consumatori(consumatori) di materia organica è rappresentato principalmente da animali. Infine, il terzo gruppo di organismi (batteri, attinomiceti, funghi microscopici, altri microrganismi) distrugge e mineralizza la materia organica. I rappresentanti di questo gruppo sono chiamati riduttori. L'interazione di produttori, consumatori e decompositori determina la circolazione biologica, o biotica, delle sostanze. Una delle manifestazioni più importanti della vita consiste in questo ciclo, nell'interazione di sintesi e distruzione della materia organica sulla Terra.

La biosfera è suddivisa in zone naturali e queste, a loro volta, in paesaggi naturali. All'interno di un unico paesaggio naturale, ce ne sono molti biogeocenosi, idee scientifiche su cui sono state sviluppate da V.N.Sukachev. Ogni biogeocenosi è associata a un'area specifica della superficie terrestre. Componenti le biogeocenosi sono determinati corpi materiali: viventi e inerti. Le componenti viventi includono specifiche popolazioni di produttori, consumatori e decompositori, e quelle inerti includono l'atmosfera, l'acqua, le rocce, il suolo, o meglio, la sua parte inanimata. La connessione tra i componenti della biogeocenosi si basa sullo scambio di sostanze ed energia tra di loro. La biogeocenosi è un'unità contraddittoria e dinamica dei suoi componenti costitutivi.

Oltre ai componenti, ci sono fattori biogeoceno-12

chiamata: clima, sollievo, tempo. Non introducono sostanze o energia nella biogeocenosi, ma hanno su di essa un effetto multiforme. Il cambiamento (successione) delle biogeocenosi può verificarsi a causa del loro autosviluppo e sotto l'influenza di fattori esterni. In base alla natura di questi fattori si distinguono le successioni climatogene, geomorfe, zoogene e fitogene.

Non tutti i cambiamenti nelle biogeocenosi sono accompagnati dall'emergere di nuove specie. Si possono formare nuove biogeocenosi a spese delle specie esistenti. Tuttavia, i processi di evoluzione delle forme viventi, non appena si verificano, sono determinati dall'evoluzione della biosfera e dei suoi elementi geobiologici costitutivi. A sua volta, la struttura della biosfera e la specificità dei suoi elementi dipendono dall'evoluzione biologica delle forme viventi, espresse nei processi di speciazione. L'evoluzione della vita sulla Terra procede in stretta interazione dei sistemi geobiologico e tassonomico del mondo organico. Uno dei fattori di questa evoluzione è stato l'uomo, che nel nostro tempo ha guardato la biosfera dallo spazio (vedi Fig. 1 in quarta di copertina). La questione del multiforme impatto dell'uomo sulla biosfera sarà trattata nella sezione "L'uomo e la vita del pianeta". Ma prima di passare a questo argomento, dobbiamo considerare una serie di leggi prettamente biologiche, tra le quali, come già notato, le leggi dell'evoluzione biologica occupano un posto centrale.

Evoluzione biologica

la teoria dell'evoluzione biologica può essere suddivisa in 3 sezioni principali: l'evidenza dell'evoluzione, la teoria dei meccanismi elementari dell'evoluzione e la dottrina dei modi e delle direzioni del processo evolutivo. Fondamentale per la teoria dell'evoluzione biologica è Darwinismo. Sotto questo nome, gli insegnamenti di Charles Darwin (1809-1882) sull'origine delle specie per selezione naturale sono entrati nella storia della scienza. I problemi e il contenuto principale del darwinismo si riflettono in questa sezione sotto forma di due leggi, in cui si cerca di formulare

per raccontare il più importante dei g/th, cosa e come spiegava Darwin nella sua dottrina evoluzionistica.

Le generalizzazioni qui considerate - la legge di Aristotele e la legge di Darwin - rappresentano un'unità indissolubile, sebbene la prima risalga alla scienza antica, e la seconda sia stata scoperta solo in XIX secolo.

La legge della convenienza organica, o legge di Aristotele

1. Quanto più la scienza è profonda e versatile studia le forme viventi, tanto più si rivelano pienamente. opportunità, vale a dire, intenzionale, armonioso, per così dire, la natura ragionevole della loro organizzazione, sviluppo individuale e relazione con l'ambiente. L'opportunità organica si rivela nel processo di comprensione del ruolo biologico delle caratteristiche specifiche delle forme viventi.

2. La fattibilità è inerente a tutti i tipi. Si esprime nella sottile corrispondenza reciproca delle strutture e delle finalità degli oggetti biologici, nell'adattabilità delle forme viventi alle condizioni di vita, nella fuoco naturale caratteristiche dello sviluppo individuale, nella natura adattativa delle forme di esistenza e comportamento delle specie biologiche.

3. L'opportunità organica, che divenne oggetto di una manalizzazione dell'antichità e servì come base per interpretazioni teleologiche e religiose della natura vivente, ricevette una spiegazione materialistica nella dottrina di Darwin ruolo creativo selezione naturale, manifestata nella natura adattiva dell'evoluzione biologica.

Questa è la moderna formulazione di quelle generalizzazioni, le cui origini risalgono ad Aristotele, che propose l'idea di cause bersaglio.

Lo studio delle manifestazioni specifiche dell'opportunità organica è uno dei compiti più importanti della biologia. Avendo scoperto a cosa serve questa o quella caratteristica dell'oggetto biologico studiato, qual è il significato biologico di questa caratteristica, grazie alla teoria evoluzionistica di Darwin, ci stiamo avvicinando alla risposta alla domanda sul perché e come è sorta. Consideriamo le manifestazioni dell'opportunità organica usando esempi relativi a vari campi della biologia.

Nel campo della citologia, un vivido, vivido esempio di opportunità organica è la divisione cellulare nelle piante e negli animali. I meccanismi di divisione equazionale (mitosi) e di riduzione (meiosi) determinano la costanza del numero di cromosomi nelle cellule di una data specie vegetale o animale. Il raddoppio dell'insieme diploide in mitosi garantisce il mantenimento della costanza del numero di cromosomi nelle cellule somatiche in divisione. L'aploidizzazione del set cromosomico durante la formazione delle cellule sessuali e il suo ripristino durante la formazione di uno zigote a seguito della fusione delle cellule sessuali garantiscono la conservazione del numero di cromosomi durante la riproduzione sessuale. Le deviazioni dalla norma, che portano alla poliploidizzazione cellulare, cioè alla moltiplicazione del numero di cromosomi contro il normale, sono tagliate dall'effetto stabilizzante della selezione naturale o servono come condizione per l'isolamento genetico, l'isolamento della forma poliploide con il suo possibile trasformazione in una nuova specie. Allo stesso tempo, entrano di nuovo in gioco meccanismi citogenetici, che determinano la conservazione del set cromosomico, ma già a un nuovo livello poliploide.

Nel processo di sviluppo individuale di un organismo multicellulare si formano cellule, tessuti e organi con vari scopi funzionali. La corrispondenza di queste strutture al loro scopo, la loro interazione nel processo di sviluppo e funzionamento dell'organismo sono manifestazioni caratteristiche dell'opportunità organica.

Una vasta area di esempi di convenienza organica è rappresentata dagli adattamenti per la riproduzione e la distribuzione delle forme viventi. Citiamo alcuni di loro. Ad esempio, le spore batteriche sono altamente resistenti alle condizioni ambientali avverse. Le piante da fiore sono adattate all'impollinazione incrociata, in particolare da parte degli insetti. I frutti e i semi di un certo numero di piante sono adattati per essere propagati dagli animali. Gli istinti sessuali e gli istinti di prendersi cura della prole sono caratteristici degli animali dei più diversi livelli di organizzazione (vedi Fig. 2 in quarta di copertina). La struttura delle uova e delle uova garantisce lo sviluppo degli animali in un ambiente appropriato. Le ghiandole mammarie forniscono un'alimentazione adeguata per la prole nei mammiferi.

Un gruppo caratteristico di dispositivi sono

gli istinti degli insetti che conducono uno stile di vita sociale, come le api, con la loro divisione delle funzioni tra i diversi individui della famiglia. Qui è necessario ricordare le forme di comportamento di gruppo negli stormi e nei gruppi familiari di uccelli e animali.

L'emergere di una serie di caratteristiche adattative è stata associata al rilascio di piante e animali dall'ambiente acquatico alla terraferma. La capacità di piante da seme, rettili, uccelli, mammiferi di riprodursi al di fuori dell'ambiente acquatico è associata a profondi cambiamenti morfofisiologici nell'organizzazione. Qui è necessario indicare la formazione nelle piante di organi come un fiore, un seme, un frutto e negli animali - le membrane embrionali caratteristiche dei vertebrati superiori, nonché nuovi tipi di pelle e sangue caldo di uccelli e mammiferi. Tutto questo dovrebbe essere caratterizzato come ka; manifestazioni di convenienza organica, che assicuravano il fiorire sulla Terra di rappresentanti dei gruppi superiori del mondo animale e vegetale.

Un esempio molto indicativo di espediente organico è la colorazione mimetica protettiva comune a molti invertebrati ea tutte le classi di vertebrati. Altri tipi di dispositivi di protezione sono la colorazione spaventosa e il mimetismo, cioè la somiglianza nell'aspetto con animali velenosi o parti non commestibili di piante.

Insieme ai mezzi di protezione passivi nel mondo animale, sono diffusi mezzi attivi di protezione contro i predatori: le zanne di un cinghiale, le corna di un bufalo, ecc. Nei predatori, tutte le organizzazioni e gli istinti portano le caratteristiche dell'adattamento alla preda alimentare.

Lotta per l'esistenza nel mondo organico, manifestata nel contrastare fattori ambientali sfavorevoli (biotico e abiotico), ha portato a un adattamento così diffuso come la corrispondenza del fattore di moltiplicazione al grado di consumo delle forme viventi. Maggiore è la percentuale di morte degli individui di una data specie, maggiore è il suo tasso riproduttivo.

Ora è abbastanza chiaro che adattamenti nascono come risultato del processo di evoluzione biologica. Allo stesso tempo, non è difficile giungere alla conclusione che l'antichità evolutiva e la durata della formazione di vari adattamenti dell'una o dell'altra forma vivente di diversa

noi. Qualsiasi specie porta, insieme ad adattamenti molto antichi, quelli relativamente nuovi, insieme a quelli molto complessi, il cui emergere può essere spiegato solo da un processo evolutivo molto lungo - relativamente semplici, formati in un tempo più breve.

La convenienza organica, con tutto il suo significato biologico generale, è relativa. Ciò si esprime nel fatto che in ogni popolazione il grado di idoneità dei diversi individui per adattamenti specifici è diverso. Inoltre, quando le condizioni cambiano, alcune caratteristiche adattive cessano di essere tali e l'evoluzione può andare in una nuova direzione. La relatività dell'opportunità si manifesta particolarmente chiaramente durante l'estinzione di massa delle specie.

La legge della convenienza organica, come già notato, è indissolubilmente legata alla legge della selezione naturale. Questa relazione è dovuta al fatto che l'opportunità organica è una conseguenza della selezione naturale. A sua volta, la selezione naturale viene effettuata a causa della relatività dell'opportunità organica, dell'eterogeneità della popolazione in termini di grado di adattamento dei suoi individui e linee genetiche a specifici fattori ambientali.

Selezione naturale, o legge di Darwin

1.Composizione di ciascuna specie popolazioni a causa del processo di variabilità ereditaria, è geneticamente eterogeneo. Questa eterogeneità può manifestarsi nella disuguale idoneità dei vari individui e, di conseguenza, della loro prole a con-. condizioni ambientali.

2. In condizioni di lotta per l'esistenza, gli individui più adattati hanno migliori possibilità di sopravvivenza e, di regola, danno una prole più numerosa. A causa di ciò, di generazione in generazione, i cambiamenti ereditari adattativi possono aumentare e i loro portatori dominano sempre più tra gli individui della popolazione.

3.Eredità, variabilità e selezione naturale, cioè, la conservazione predominante del più adattato in un certo numero di generazioni, sono fattori elementari dell'evoluzione biologica.

tsni. La selezione naturale determina la sua natura orientata e adattativa.

4. Nelle biogeocenosi che cambiano nello spazio e nel tempo, sotto l'influenza della selezione naturale dei cambiamenti ereditari, rafforzata dall'isolamento geografico, ecologico e genetico delle diverse popolazioni della specie, il processo della loro divergenze(discrepanze), portando alla formazione di nuove specie qualitativamente isolate. Nuove specie possono dare origine a nuovi generi, generi - famiglie, ecc.

5 In condizioni relativamente stabili, la selezione naturale mostra effetto stabilizzante, che si esprime nel consolidamento e conservazione delle caratteristiche genetiche della popolazione e nel proteggerla da deviazioni ereditarie sfavorevoli. L'effetto stabilizzante della selezione naturale spiega la conservazione della relativa costanza delle specie per lunghi periodi di tempo.

I fattori che determinano l'evoluzione biologica, la sua natura adattativa e l'isolamento qualitativo delle specie, nonché i taxa di rango superiore, sono stati scoperti da Darwin in gran parte attraverso un'analisi teorica del meccanismo della selezione artificiale e l'estrapolazione dei risultati ai processi che si verificano nella natura selvaggia. Così, selezione artificiale servito come modello di Darwin per la selezione naturale.

Quando si creano varietà di piante coltivate e razze di animali domestici, il processo direzionale di modellamento si basa, come ha mostrato Darwin, su tre fattori: ereditarietà, variabilità e selezione artificiale, ovvero la conservazione e la riproduzione di individui e varietà che soddisfano sempre più gli obiettivi umani . Sotto l'azione combinata di questi fattori, si formano nuove varietà e razze, che differiscono l'una dall'altra a causa della divergenza, a volte anche in modo più significativo delle specie naturali. Allo stesso tempo, la natura delle neoplasie fissate nelle generazioni sotto l'influenza della selezione soddisfa gli obiettivi dell'allevatore.

Oltre artificiale selezione metodologica, Darwin ha rivelato la forma dell'artificiale selezione inconscia. La selezione metodica costituisce la base della consapevolezza

Noèattività dell'allevatore. Nella selezione inconscia, si manifesta l'attività di selezione inconscia di una persona, lasciando i migliori individui e le migliori varietà per la riproduzione. La selezione inconscia fu attiva durante il periodo dell'addomesticamento degli animali selvatici e dell'addomesticamento delle piante selvatiche e continuò per millenni fino all'avvento della selezione metodica. Pertanto, l'uomo svolge da tempo attività di allevamento senza rendersi conto delle sue conseguenze evolutive.

Un analogo della selezione artificiale in natura è la selezione naturale, cioè la conservazione di individui più adattati, la loro predominanza nella riproduzione e moltiplicazione della prole. Darwin ha visto il prerequisito per la selezione naturale, il suo principio di allevamento in lotta per l'esistenza, che gli individui di qualsiasi popolazione incontrano. È la selezione naturale che garantisce la natura adattativa dell'evoluzione, poiché il meccanismo della sua azione è preservare il più adatto. Quanto agli altri due fattori elementari dell'evoluzione, l'ereditarietà e la variabilità, anch'essi sono caratteristici di tutte le forme viventi.

Indicando la profonda analogia della selezione artificiale con i processi che inevitabilmente si verificano in natura, Darwin ha così convalidato in modo convincente la sua teoria dell'origine delle specie attraverso la selezione naturale. Darwin ha sostenuto le sue prove con il più ricco materiale di fatto sulla variabilità delle piante e degli animali. Inoltre, ha condotto numerosi esperimenti riguardanti l'impollinazione incrociata e l'autoimpollinazione nelle piante, nonché esperimenti con piante insettivore. Questi studi sull'esempio di adattamenti specifici sono serviti come ulteriore argomento a favore della teoria della selezione naturale.

Non sarà un'esagerazione affermare che la dottrina di Darwin rimarrà per sempre il caposaldo della biologia teorica, poiché interessa quasi tutte le sue sezioni principali e fornisce un'interpretazione storico-sistemica della forma biologica del moto della materia.

Nel corso dell'ulteriore sviluppo della scienza biologica, le idee di Darwin sul meccanismo della speciazione furono approfondite. Si è constatato che l'elementare

l'oggetto di questo processo è la popolazione, cioè e. un gruppo di individui della stessa specie. Caratteristiche rivelate allopatrica e simpatrica speciazione, cioè speciazione con e senza isolamento geografico. Il ruolo del combinatorio, cioè, che sorge durante l'ibridazione, la variabilità e poliploidia nei processi di speciazione. Viene rivelata la natura dell'ereditarietà e della variabilità, vengono sviluppate idee sul genotipo e sul fenotipo, sulla variabilità mutazionale e di modifica, sui tratti dominanti e recessivi. Allo stato attuale, tutte queste idee sono incluse nell'arsenale della teoria evoluzionistica, che ne dettaglia gli aspetti riguardanti l'ereditarietà e la variabilità.

Di grande importanza per lo sviluppo della teoria evoluzionistica sono stati gli studi che hanno permesso di approfondire la comprensione dell'evoluzione dell'ontogenesi e quindi superare il limite dell'interpretazione del ruolo evolutivo della variabilità sorto dopo Darwin nel ristretto quadro di opposizione ad alcuni dei le sue forme agli altri, senza tener conto dei cambiamenti nell'organismo nel suo insieme.

Concludendo la sezione sull'evoluzione biologica, ci si dovrebbe soffermare sulla questione se la sua natura progressiva sia naturale, se derivi dall'essenza della selezione naturale. Se teniamo presente il progresso biologico (ecologico), allora va notato che è una conseguenza diretta della selezione naturale, la competizione per lo spazio vitale che si verifica in qualsiasi ecosistema. Progresso morfofisiologico, la complicazione dell'organizzazione delle forme viventi nel corso dell'evoluzione è il risultato della selezione naturale sullo sfondo della complicazione delle condizioni ambientali biotiche e abiotiche, in cui il progresso morfofisiologico offre vantaggi speciali. Quindi, la sua causa non è la selezione in quanto tale, ma la selezione che procede in determinate condizioni.

Se l'emergere di tali condizioni era inevitabile nell'evoluzione della biosfera, allora era inevitabile il progresso morfofisiologico. L'emergere di piante e animali acquatici sulla terraferma, il passaggio da un clima umido ad un clima arido, la costruzione di montagna, il passaggio degli antenati umani da uno stile di vita arboricolo a uno terrestre, l'insorgenza e il ritiro dei ghiacciai, la formazione di climi freddi e temperati zone - tutti questi cambiamenti sono stati nella storia della Terra.

sono conomerici. Di conseguenza, anche le neoplasie biologiche, comprese quelle progressive, che procedono sotto l'influenza di questi cambiamenti, erano naturali. Anche l'emergere dell'uomo è stato naturale.

Pertanto, sembra ovvio che il progresso morfofisiologico come direzione principale dello sviluppo storico delle forme organiche è una caratteristica naturale dell'evoluzione biologica nel percorso dall'emergere della vita alla formazione dell'uomo, che è lo stadio più alto nello sviluppo storico di natura vivente.

Sviluppo individuale dell'organismo

lo studio dello sviluppo individuale di un organismo è compito dell'embriologia, della fisiologia dell'età, della biologia dello sviluppo e della gerontologia. Attualmente è in corso la formazione della biologia molecolare dello sviluppo. Il materiale fattuale accumulato in esso serve come base per varie conclusioni teoriche. Tuttavia, la teoria biologica generale dello sviluppo individuale a livello di leggi molecolari non è stata ancora formulata. Pertanto, ci limiteremo alle leggi biologiche generali dello sviluppo individuale di un organismo, che sono state scoperte prima dell'inizio dell'era della ricerca molecolare.

Questa sezione presenta la legge dell'invecchiamento ontogenetico e del rinnovamento, o legge di Krenke, che interpreta la questione dell'inevitabilità dell'invecchiamento e della morte e la natura biologica generale dei processi di rinnovamento che assicurano la continuità della vita. Si consideri anche la legge dell'integrità 1 ontogenesi, o legge di Driesch. Pur rifiutando educatamente il vitalismo di Driesch, dovremmo giustamente riconoscere il ruolo dello scienziato tedesco nella scoperta di questa legge. Cercheremo di darne un'interpretazione materialistica, utilizzando per questo idee moderne sui fattori sistemici e regolatori dello sviluppo dell'organismo. Uno dei problemi importanti dello sviluppo individuale è il problema dell'evoluzione dell'ontogenesi, ovvero del rapporto tra ontogenesi e filogenesi. Senza toccare l'essenza di questo problema

sottolineeremo la sua importanza come collegamento importante tra i vari rami della biologia teorica,

La legge dell'invecchiamento e del rinnovamento ontogenetico, o legge di Krenke

1. La vita di qualsiasi organismo è finita nella sua durata. La durata della vita è determinata dall'ereditarietà e dalle condizioni di esistenza dell'organismo.Il movimento progressivo dell'organismo verso la morte naturale, verso la cessazione dell'esistenza individuale ad essa dovuta invecchiamento, manifestata nell'indebolimento, nell'estinzione della vita.

2. La vita di una specie, contrariamente alla vita di un individuo, è potenzialmente non limitata nel tempo e, purché rimangano inalterate le condizioni favorevoli alla sua esistenza, può continuare per tutto il tempo che si vuole. La continuità della vita di una specie è assicurata dalla riproduzione dei suoi individui. Il progressivo movimento verso la riproduzione, i processi che assicurano la riproduzione, sono quindi l'aspetto più importante dello sviluppo individuale dell'organismo per la specie.

3. Questo aspetto dello sviluppo individuale è guidato dai processi. aggiornamenti, che scorre nel corpo. Le principali manifestazioni dei processi di rinnovamento sono la formazione della materia vivente, la divisione cellulare, la morfogenesi, i processi di rigenerazione, la fecondazione.

4. I processi di rinnovamento sono opposti ai processi di invecchiamento La contraddittoria unità di questi processi costituisce la base dello sviluppo individuale dell'organismo. Sopra ramo ascendente la curva dell'età è dominata dal rinnovamento, su verso il basso- invecchiamento.

5. Diversi fattori ambientali possono promuovere o contrastare l'invecchiamento e di conseguenza contrastare o facilitare il rinnovamento. Pertanto, nello sviluppo individuale dell'organismo, l'ambiguità della sua calendario e età fisiologica. Cellule, tessuti e organi diversi di un organismo multicellulare possono differire nella loro stessa età, per cui

si sovrappone anche l'età totale dell'organismo al momento della loro formazione. La differenza di età è particolarmente chiaramente visibile sugli organi metamerici delle piante.

6. I cambiamenti legati all'età in questi organi, che riflettono la relazione tra invecchiamento e rinnovamento, si manifestano in cambiamenti morfologici, fisiologici e biochimici che sono naturali. Ciò consente, in base alle corrispondenti caratteristiche dell'età, di identificare le condizioni antecedenti allo sviluppo dell'organismo, di prevederne la maturità precoce e altre caratteristiche ereditarie nelle fasi iniziali, a causa dei tassi di invecchiamento e rinnovamento.

La legge dell'invecchiamento e del rinnovamento ontogenetico è una formulazione biologica generale delle principali disposizioni della teoria dell'invecchiamento ciclico e del ringiovanimento delle piante del botanico sovietico Nikolai Petrovich Krenke (1892-1939). In questa legge si ripropone il contenuto biologico generale del concetto di Krenke, senza tuttavia discostarsi dalla sua essenza ideologica e teorica.

I modelli di variabilità legata all'età delle piante, identificati da Krenke attraverso l'uso di metodi quantitativi da lui sviluppati per l'analisi morfologica dello sviluppo dei germogli (vedi la curva dell'età in Fig. 3), sono spiegati sulla base della comprensione dialettico-materialistica dello sviluppo come un continuo avvizzire del vecchio e l'emergere di uno nuovo. La teoria di Krenke si basa sulla nozione di dialettica materialista, secondo la quale, secondo Engels, "la negazione della vita è essenzialmente contenuta nella vita stessa", e la vita va considerata "in relazione al suo risultato necessario, che è costantemente contenuto nella nel suo embrione - la morte." ...

Ci sono circa 200 ipotesi sulla natura dell'invecchiamento. Molti di loro sono solo di interesse storico. Ad esempio, ipotesi che riducono il processo di invecchiamento all'autoavvelenamento dell'organismo, all'esaurimento di una scorta di enzimi o altre sostanze. Attualmente, le opinioni sono ampiamente accettate, secondo ko-.

1 Engels F. Dialettica della natura. Marx K. ed Engels F / io Operazione. - T, 20. - S. 610.

I meccanismi molecolari sono la pietra angolare dell'invecchiamento - la distruzione (violazione dell'integrità) del DNA nel processo del movimento in avanti del corpo verso la morte naturale. Tuttavia, secondo la suddetta legge, basata sulla teoria di Krenke, il processo di invecchiamento è associato al processo di rinnovamento. Pertanto, il processo distruzione Il DNA nell'ontogenesi deve resistere a un processo commisurato ad esso riparazioni, Recupero del DNA.

La natura biologica generale della legge dell'invecchiamento e del rinnovamento ontogenetico ci costringe a concludere che la riparazione del DNA sotto l'azione degli enzimi di riparazione non è un fenomeno particolare. È di fondamentale importanza nel corso dello sviluppo individuale, condizionando i processi di rinnovamento e ritardando l'invecchiamento del corpo.

In un organismo pluricellulare, soprattutto animale, i processi di invecchiamento e rinnovamento sono di marcato carattere sistemico. Non si limitano ai cambiamenti nelle cellule, ma sono in gran parte dovuti ai cambiamenti legati all'età negli elementi strutturali che costituiscono i livelli più elevati di organizzazione degli esseri viventi (tessuti, organi, il corpo nel suo insieme). Questa è la manifestazione dell'integrità dell'ontogenesi.

La legge dell'invecchiamento e del rinnovamento ontogenetico rivela uno degli aspetti importanti del contenuto biologico del concetto di tempo, espresso, in particolare, nell'arco di vita di un individuo. Nella biologia moderna concetto di tempo ha la stessa importanza fondamentale della fisica. Reazioni biochimiche, trasmissione dell'eccitazione nervosa, ritmo cardiaco, fasi e fasi dello sviluppo individuale, cambiamento delle biocenosi, fasi dell'evoluzione - qualsiasi processo che si verifica nella natura vivente a livello molecolare e cellulare, a livello di un singolo organo, individuo, popolazione, la biogeocenosi e la biosfera nel suo insieme, è caratterizzata da una durata ben definita. Le caratteristiche temporali dei sistemi viventi sono espresse anche in fenomeni come i bioritmi, a causa delle caratteristiche ereditarie degli oggetti viventi e delle condizioni esterne. Le caratteristiche temporali (temporali) degli oggetti e dei processi biologici sono un importante indicatore quantitativo. studiarli cronobiologia(crono-

netica, cronofisiologia, cronoecologia). All'incrocio tra scienze biologiche e geologiche c'è la geocronologia, che determina l'antichità e la durata dei periodi di sviluppo del mondo organico.

Per la formazione della cronobiologia, le idee di VI Vernadsky sono di fondamentale importanza, in particolare quelle da lui presentate alla fine del 1931 all'assemblea generale dell'Accademia delle scienze dell'URSS nel suo rapporto "Il problema del tempo nella scienza moderna. " Vernadsky ha preso il problema del tempo oltre il quadro tradizionale della fisica e ha messo sua come un vasto problema di scienze naturali e filosofiche, che è anche direttamente correlato alla geologia, alla biologia e ad altre aree delle scienze naturali. Tuttavia, fino ad oggi, i filosofi, con poche eccezioni, quando analizzano il contenuto del concetto di tempo, considerano solo l'interpretazione fisica del problema e quasi non tengono conto dei suoi aspetti chimici, biologici, geologici, cosmogonici.

Nella fisica moderna, soprattutto nelle opere divulgative, è ampiamente riconosciuta la possibilità fondamentale e anche tecnica di creare una cosiddetta macchina del tempo, che permetta di viaggiare in un lontano futuro. Il concetto di "viaggio nel tempo" viene proposto come inevitabile conseguenza della teoria della relatività, ideata da Albert Einstein e confermata nel corso dello sviluppo della fisica teorica e sperimentale Xx v. Secondo i fisici teorici, su un veicolo spaziale che si muove a velocità quasi pari a quella della luce, la durata degli intervalli di tempo tra due eventi qualsiasi secondo gli orologi "terrestre e missilistica" è collegata da una semplice formula:

T missili ^ - io/ 0 2

T Terra ~~ V~"

dove t 1 - intervalli di tempo,v- la velocità del razzo rispetto alla Terra, insieme aè la velocità della luce.

Sulla base di questa formula, il filosofo M. V. Most-panenko scrisse: "Essendo volato sulla nebulosa di Andromeda con un'accelerazione di 3 G , un viaggiatore che torna sulla Terra invecchierà 20 anni, che non è tanto! Ma sulla Terra in questo periodo passerà più di un milione e mezzo di anni!" 2.

2 Mostepanenko M. C. L'essenza materialistica della teoria della relatività di Einstein. - M.: Sotsekgiz, 1961 .-- P. 138.

Estendendo il cosiddetto paradosso dell'orologio al corpo umano, il filosofo ha perso di vista il fatto che con la formula di cui sopra, come nell'insieme della teoria della relatività, si tratta di tempo fisico. E il tempo biologico non è affatto identico al tempo fisico, che discende dalla legge dell'invecchiamento e del rinnovamento ontogenetico, che non solo afferma la disuguaglianza dell'età fisiologica e di calendario dell'organismo, ma rifiuta anche categoricamente la credenza nella possibilità del suo immortalità, che è così prontamente accettata da persone lontane dalla biologia.

Da un punto di vista cronobiologico, sarebbe più legittimo considerare l'effetto di un cambiamento nel flusso del tempo fisico in un razzo che si muove alla velocità della luce sull'attività vitale e sulle caratteristiche temporali di un viaggiatore spaziale non direttamente, ma attraverso cambiamenti nei fattori ambientali nel veicolo spaziale, come la temperatura o l'intensità di fondo delle radiazioni ionizzanti. Se i fisici indicassero come questi fattori cambieranno a causa degli effetti relativistici in una navicella spaziale, sarebbe possibile simulare in esperimenti reali il lato biologico di questo fantastico viaggio. Tuttavia, ciò non richiederebbe nemmeno esperimenti speciali, poiché è nota la natura della dipendenza del corpo umano da questi fattori. Allo stesso tempo, ovviamente, non c'è motivo di credere che un cambiamento di questi o di altri fattori aumenterà significativamente la durata della vita di un astronauta oltre i limiti determinati dalla sua eredità e dal radicale genetico della specie. La derivazione diretta delle leggi biologiche da quelle fisiche può portare a gravi errori, accaduti nella questione della "macchina del tempo".

Approvando le idee dell'approccio sistemico nella scienza moderna, L. Bertalanffy ha sottolineato che il modello verbale (verbale) del sistema in studio è migliore dell'assenza di qualsiasi modello o di un modello matematico che distorce la realtà. La formula di cui sopra si è rivelata proprio un tale modello, distorcendo la realtà, quando è stata estesa ai fenomeni biologici. A questo proposito, è opportuno citare le parole di A: A. Lyapunov, il quale ha osservato che un'interpretazione razionale di

problemi di qualità è impossibile fino a quando i problemi di qualità non vengono adeguatamente risolti.

La legge dell'integrità dell'ontogenesi, o legge di Driesch

1. L'integrità dell'organismo - la sua unità interna, la relativa autonomia, l'irriducibilità delle sue proprietà alle proprietà delle sue singole parti, la subordinazione delle parti al tutto - si manifesta durante tutte le fasi dell'ontogenesi. Quindi, l'ontogenesi è un'unità ordinata di stati di integrità successivamente alternati. L'opportunità organica si manifesta nell'integrità dello sviluppo individuale.

io 2. L'integrità dell'ontogenesi si basa sull'azione fattori regolatori sistemici: citogenetici, morfogenetici, morfofisiologici, ormonali, e anche la maggior parte degli animali neuroumorale. Questi fattori, agendo sul principio del feedback, coordinano il corso dello sviluppo e l'attività vitale dell'organismo come un insieme attivo in stretta connessione con le condizioni ambientali.

3. La proprietà dell'integrità ha un'espressione quantitativa che non è la stessa per rappresentanti di specie diverse, per individui, stadi e stati diversi dell'organismo. Nelle piante, l'integrità è solitamente meno pronunciata rispetto agli animali. Nel processo di rigenerazione, cioè il ripristino di parti perdute o il ripristino di un organismo da una parte, l'integrità aumenta. La crescente complessità dell'organizzazione nel processo di ontogenesi e filogenesi, il rafforzamento della funzione di coordinamento dei fattori regolatori sistemici dell'organismo significa un aumento dell'integrità.

4. I cambiamenti filogenetici sono l'essenza dei cambiamenti nell'ontogenesi olistica che si verificano sotto l'influenza della selezione naturale sui fattori regolatori sistemici. Pertanto, la proprietà dell'integrità è preservata dagli organismi non solo nel loro individuo, ma anche nel loro sviluppo storico.I cambiamenti che distruggono l'integrità sono spazzati via dalla selezione. La legge della biologia teorica, che nella storia della scienza è associata al nome dell'embriologo tedesco Hans

Driesch (1867-1914), afferma che lo sviluppo individuale di un organismo è un processo integrale e lo stato futuro di ogni elemento in via di sviluppo è una funzione della sua posizione nel suo insieme. Concretizzando e sviluppando questa formulazione alla luce dei dati scientifici (in contrapposizione alla sua interpretazione idealistica nel vitalismo), si arriva alla legge dell'integrità dell'ontogenesi - alla legge che dà un'interpretazione materialistica di uno degli aspetti più difficili del sviluppo individuale dell'organismo.

Passando alla storia della scoperta di questa legge, notiamo che è dovuta a principio di correlazione, stabilito da Cuvier e ha permesso a questo scienziato di ricostruire la struttura di molti animali fossili nel suo insieme da singoli resti. Il fenomeno è associato alla stessa legge variabilità correlativa, che ha attirato l'attenzione su Darwin. Per comprendere l'integrità dell'ontogenesi, la scoperta da parte di I.P. Pavlov e dei suoi studenti del ruolo del sistema nervoso centrale come fattore di regolazione che garantisce l'integrità dell'organismo degli animali e dell'uomo è stata di notevole importanza. La natura sistemica dei processi di invecchiamento nell'uomo e negli animali è mostrata negli studi di A.V. Nagorny e dei suoi collaboratori. L'integrità dell'organismo vegetale nel processo del suo sviluppo individuale è stata studiata da M. X ... Chailakhyan e altri fisiologi vegetali. La ricerca embriologica è stata di grande importanza nel rivelare l'integrità dell'ontogenesi, alle cui origini furono KF Wolf e KM Baer. Una profonda interpretazione evolutiva dell'integrità degli organismi nel loro sviluppo individuale e storico è stata data da II Shmalyauzen, che ha sviluppato le idee di AN Severtsov su questo tema.

Consideriamo più in dettaglio alcuni aspetti di quelle generalizzazioni che costituiscono il contenuto principale della legge dell'integrità dell'ontogenesi. È noto che lo sviluppo individuale di tutti gli organismi è messo in scena carattere. Nei virus le fasi sono associate al ciclo vitale, alla loro riproduzione e al passaggio da una cellula all'altra. Lo sviluppo individuale degli organismi unicellulari include fasi del ciclo cellulare, come la mitosi, la fase presintetica, la fase di sintesi del DNA e la fase postsintetica. Nell'ontogenesi di molte piante sono chiaramente distinguibili fasi di alternanza delle generazioni (sessuale e asessuale). Piante e soprattutto animali

le fasi sono chiaramente delineate: embrionale, giovane, maturità e vecchiaia.È anche possibile una divisione più frazionaria dell'ontogenesi.

In base alle fasi di sviluppo e al livello di integrità, si dovrebbe distinguere tra: 1) insieme citogenetico, inerente a una cellula divisoria individuale; 2) intero embrionale, caratterizzare le fasi di scissione dell'uovo, differenziazione, morfogenesi e crescita dell'embrione nelle membrane embrionali; 3) insieme ontogenetico postembrionale, caratteristico delle fasi della giovinezza e della maturità; 4) insieme involutivo, riflettendo la natura sistemica dello sviluppo involutivo dell'organismo nella fase della vecchiaia.

Ciascun livello di integrità è caratterizzato da un proprio insieme di fattori sistemici e normativi. Tuttavia, essendo apparso in una fase di sviluppo, un fattore specifico può persistere in una forma o nell'altra in quelle successive, integrandosi con nuovi sistemi normativi.

Nell'insieme citogenetico, una cellula che si divide separatamente, è di primaria importanza regolatoria il controllo citoplasmatico e quindi l'interazione di DNA, RNA e proteine. Nel processo di sintesi del modello, l'informazione genetica viene trasferita dal DNA all'RNA e dall'RNA alle proteine. A loro volta, svolgendo un feedback, le proteine enzimatiche ei metaboliti effettori svolgono il ruolo di regolatori del funzionamento del DNA. L'altro aspetto dell'integrità della cellula è la proprietà dell'irritabilità, che si manifesta nella sua risposta strutturale e funzionale alle influenze ambientali.

Nell'insieme embrionale entrano in gioco sistemi di regolazione morfogenetici, che si manifestano nelle interazioni cellulari e tissutali attraverso proteine che svolgono il ruolo di fattori induttori dell'embriogenesi. In questo caso sono importanti anche altri fattori, che determinano l'integrità dello sviluppo embrionale. Ad esempio, la sua organizzazione spazio-temporale, la fissazione di ogni elemento del sistema in via di sviluppo nel tempo e nello spazio, la polarità e l'auto-organizzazione del sistema, l'autoadattamento reciproco, il coadattamento dei suoi elementi.

In una pianta superiore, l'interazione delle foglie e della radice con il fusto, su cui si formano gli organi genitali, è di grande importanza. Oltre ai flussi, l'alimentatore

sostanze, l'interazione è svolta dai sistemi di regolazione ormonale e irritabilità delle piante.

Negli animali nelle fasi postembrionali, la regolazione neuroumorale e ormonale è di primaria importanza per il mantenimento dell'integrità. Allo stesso tempo, operano meccanismi di regolazione morfofisiologica più specifici: interazione diretta di organi, tessuti e interazione cellulare. Durante tutte le fasi dell'ontogenesi nelle piante e negli animali, i sistemi regolatori intracellulari funzionano.

I fattori regolatori sistemici assicurano la conservazione della relativa costanza, autoidentità dell'organismo e allo stesso tempo ne determinano il progressivo sviluppo. Insieme a queste manifestazioni di auto-organizzazione sistemica, caratteristica del ramo ascendente dello sviluppo, sul suo ramo discendente, nella fase della vecchiaia, c'è una disorganizzazione sistemica.

Il ruolo dei fattori sistemici e regolatori che assicurano l'integrità dello sviluppo è sempre più rivelato negli studi analitici sperimentali della biologia molecolare dello sviluppo di un organismo. La complessità dei problemi che sorgono in questo caso è dovuta al fatto che il corso di sviluppo dell'organismo nell'insieme di questo processo non è predeterminato dal DNA della cellula, ma è dovuto a in via di sviluppo(citogenetico, embrionale, ecc.). Pertanto, lo smembramento analitico dei fattori di sviluppo, la loro determinazione solo dalla struttura del DNA è insufficiente per comprendere le leggi dell'ontogenesi. Questo approccio, di per sé molto complesso, deve essere integrato nell'analisi scientifica basata su una comprensione storico-sistemica dei fatti sperimentali dello sviluppo individuale dell'organismo nel suo insieme. Ciò complica il compito del ricercatore, ma solo così, attraverso l'analisi dei fattori sistemici dello sviluppo, può essere rivelata l'integrità dell'ontogenesi, senza la quale è impossibile conoscerla appieno.

Fisiologo: l'essenza biochimica della vita

fisiologia, chimica biologica e biofisica sono strettamente legate alla biologia teorica, poiché insieme ad essa risolvono il problema dei criteri biochimici e dei criteri fisiologici

Essenza biochimica della vita.

È a questa area generale delle scienze indicate che appartengono la seguente legge della composizione chimica della materia vivente e la legge dell'organizzazione sistemica dei processi biochimici. Queste leggi si basano sulla definizione proposta da Engels: "La vita è un modo di esistenza dei corpi proteici, il cui punto essenziale è un costante scambio di sostanze con la natura esterna che li circonda, e con la cessazione di questo metabolismo, anche la vita si ferma" 3.

Engels non considerava la sua definizione esaustiva e, considerando l'essenza fisiologica e biochimica della vita, dobbiamo ampliare la portata di questa definizione, tenendo conto delle successive generalizzazioni e formulazioni che tengono conto del successivo sviluppo della scienza in quest'area.

La legge della composizione chimica della materia vivente, o prima legge di Engels

1. La base materiale dei corpi viventi è costituita da composti organici carbonio, che nel processo dell'attività vitale del corpo subiscono trasformazioni biochimiche. L'essenza di queste trasformazioni sono i processi di assimilazione e dissimilazione, ad es. in definitiva, la costruzione di un corpo vivente da nutrienti provenienti dall'esterno e la decomposizione di sostanze organiche con rilascio di energia utilizzata nei processi vitali. La totalità dell'assimilazione e della dissimilazione costituisce il metabolismo del corpo, o il suo metabolismo.

2. Ruolo fondamentale dello scambio di sostanze

3 Engels F. Dialettica della natura. - S. 616,

appartiene proteine-enzimi come catalizzatori e regolatori di reazioni biochimiche. Inoltre, le proteine svolgono funzioni di formazione della struttura, motorie, di trasporto, immunologiche ed energetiche.

3. La biosintesi delle proteine avviene con la partecipazione acidi nucleici, la cui struttura polimerica determina l'ordine di alternanza degli amminoacidi nelle molecole delle proteine sintetizzate. Possedendo la capacità di trasferire informazioni genetiche, gli acidi nucleici svolgono un ruolo unico nei fenomeni di ereditarietà, biosintesi proteica e sviluppo individuale dell'organismo. Insieme alle proteine, gli acidi nucleici costituiscono il principio fondamentale della vita.

4. Oltre alle proteine e agli acidi nucleici, nel corpo vivente sono presenti molti altri composti organici, in particolare lipidi e carboidrati, che trasportano speciali funzioni di formazione della struttura ed energia, nonché uno stoccaggio universale di energia chimica - acido adenosina trifosforico(ATP). Tra le sostanze inorganiche del corpo vivente, l'acqua è di particolare importanza, in assenza della quale l'attività vitale è impossibile.

Definendo la vita come una forma di esistenza di corpi proteici, Engels ha quindi sottolineato il ruolo unico delle proteine come base biochimica primaria della vita. È ormai generalmente noto che le proteine enzimatiche catalizzano e regolano la biosintesi di tutte le sostanze organiche formate nella cellula e tutti gli altri processi biochimici che avvengono in essa. Le proteine costituiscono la base strutturale degli organelli cellulari, causano irritabilità cellulare e altre manifestazioni di attività vitale.

Determinando l'essenza fisiologica e biochimica della vita, gli scienziati moderni chiamano come principio fondamentale, oltre alle proteine, gli acidi nucleici - DNA "RNA. Questa aggiunta è abbastanza ragionevole, poiché, come si è scoperto, gli acidi nucleici svolgono un ruolo decisivo nella biosintesi delle proteine e nel trasferimento delle proprietà ereditarie. Pertanto, la base materiale della vita è costituita da sostanze polimeriche altamente specifiche - proteine e acidi nucleici, che insieme ad altri componenti formano elementi elementari

Canto l'unità strutturale e funzionale della vita: la cellula.

Ovviamente, si dovrebbe distinguere tra il principio materiale della vita e la materia vivente nel suo insieme. Nel primo caso, intendiamo i componenti chimici chiave delle cellule che determinano i processi di biosintesi e riproduzione, e nel secondo, l'intero insieme di sostanza cellulare e intercellulare di un corpo vivente.

Nell'organizzazione strutturale e funzionale della cellula, il ruolo dei lipidi è principalmente associato alla loro partecipazione alla formazione delle membrane plasmatiche, sulla cui superficie si verificano processi biochimici, nonché alla formazione di riserve di nutrienti. Vari carboidrati svolgono funzioni metaboliche, sono i prodotti primari della fotosintesi, un nutriente di riserva, costituiscono una parte significativa della biomassa delle piante, essendo parte delle pareti cellulari. Come per l'ATP, questa sostanza, presente in ogni cellula vivente, svolge un ruolo centrale nel metabolismo energetico. Altri componenti organici della materia vivente non hanno un significato così universale e quindi non sono nominati in modo specifico.

L'inclusione dell'acqua nella composizione della materia vivente è spiegata dal fatto che è contenuta come componente essenziale in qualsiasi corpo vivente. Questo è l'ambiente in cui avvengono i processi biochimici. Inoltre, come reagente chimico, l'acqua è coinvolta nell'idrolisi delle sostanze organiche, nella fotosintesi e in altri processi. In una soluzione acquosa avviene la ionizzazione di sostanze inorganiche che partecipano a reazioni biochimiche. Il contenuto di acqua in una cellula è solitamente del 60-80% e oltre, il che determina anche le proprietà meccaniche di un corpo vivente.

L'unicità dei composti organici del carbonio, in particolare delle proteine e degli acidi nucleici, determina il carattere universale della legge della composizione chimica della materia vivente.

La legge dell'organizzazione sistemica dei processi biochimici, o legge di Bertalanffy

1. Ogni organismo è aperto, in disequilibrio, auto-rinnovante, autoregolante, auto-sviluppante, auto-riproducente

attivo sistema. I processi biochimici che si verificano in esso sono caratterizzati da un ordinamento spazio-temporale e sono finalizzati all'auto-rinnovamento e alla riproduzione del sistema nel suo insieme.

2.Apertura un sistema vivente si manifesta nello scambio di materia, energia e informazioni con l'ambiente. Non equilibrio sistema vivente si esprime nel suo inevitabile mutamento.

3.Auto-rinnovabile un sistema vivente consiste nella sostituzione costante delle sostanze distruttibili di un corpo vivente con quelle di nuova sintesi. Questo processo fornisce autoconservazione sistemi. Autoregolamentazione espresso nel mantenimento in un corpo vivente delle condizioni necessarie alla sua autoconservazione.

4. La capacità di un sistema vivente di autosviluppo e auto-riproduzione, come ogni altra proprietà, è soggetta alla selezione naturale. Determina l'organizzazione strutturale e funzionale di un corpo vivente, le sue proprietà biologiche generali e specifiche che assicurano l'autoconservazione dei sistemi biologici nel loro sviluppo individuale e storico.

5. Le ragioni immediate che determinano la capacità di un sistema vivente di auto-sviluppo e auto-riproduzione sono le caratteristiche strutturali e funzionali degli acidi nucleici e delle proteine, l'invecchiamento e il rinnovamento di un corpo vivente, il processo metabolico nel suo insieme.

6.Attività un sistema vivente si manifesta nella sua selettività rispetto a fonti esterne di nutrienti, energia e informazione, nell'irritabilità (attiva, in particolare motoria, reazione alle influenze esterne), nella formazione di enzimi adattativi, reazioni immunologiche, forme attive di comportamento.

7. La trasformazione delle sostanze in un corpo vivente si esprime in processi catalitici a più stadi che formano catene lineari e ramificate, cicli chiusi e reti di reazioni biochimiche di un corpo vivente.L'ordine del sistema di queste reazioni è fornito dai meccanismi del controllo genetico del metabolismo attraverso l'induzione e la repressione della biosintesi enzimatica. Insieme a questo-semplice-

la separazione delle reazioni biochimiche nella cellula, regolazione dell'attività enzimatica modificando la concentrazione di substrati, attivatori e inibitori, organizzazione multienzimatica di reazioni multistadio, regolazione ormonale e neuro-umorale della catalisi enzimatica. Il funzionamento di questi fattori regolatori sistemici del metabolismo, che agiscono principalmente secondo il principio del feedback, è subordinato alla conservazione e allo sviluppo dell'organismo nel suo insieme. Se la prima legge di Engels caratterizza le proprietà sostanziali, materiali della materia vivente, la legge di Bertalanffy riguarda le caratteristiche funzionali dei corpi viventi, le proprietà più generali di quei processi fisiologici e biochimici che in essi avvengono. Seguendo Ludwig von Bertalanffy (1901 - 1972), considerando il corpo come un sistema aperto, intendiamo innanzitutto che per la sua esistenza è necessario scambiare materia ed energia con l'ambiente. A tal proposito, ricordiamo alcuni concetti e fatti generali.

Ai nutrienti autotrofico organismi includono composti inorganici, principalmente CO, ioni ammonio, acido nitrico, fosforico, potassio, calcio, sodio, composti contenenti i cosiddetti oligoelementi, necessari in quantità relativamente piccole ( Fe, mg, mn, B, Si, Zn e così via.). Il gruppo principale di organismi autotrofi è costituito da piante verdi. La fonte di energia per loro è l'energia luminosa del sole. Pertanto, sono anche chiamati fototrofico organismi. Oltre alle piante verdi, includono alghe blu-verdi e batteri fotosintetici. Un gruppo speciale di organismi autotrofi sono chemiotrofica batteri che ricevono energia nel processo di conversione dei composti inorganici.

Per cibo eterotrofico gli organismi hanno bisogno di composti organici: proteine, grassi, carboidrati, vitamine. Questi organismi, come quelli autotrofi, necessitano anche di composti inorganici di potassio, calcio, sodio e microelementi. Tutti gli animali, i funghi e molti microrganismi appartengono a organismi eterotrofi.

Va notato che proteine, grassi e carboidrati complessi nel tratto digestivo degli animali sotto l'influenza di

gli enzimi vengono scomposti nelle loro parti costituenti - amminoacidi, acidi grassi, monosaccaridi, che entrano nel flusso sanguigno. Da questi composti nelle cellule del corpo avviene la biosintesi delle sostanze nel corpo vivente. La fonte di energia per gli organismi eterotrofi è l'energia chimica dei nutrienti che subiscono l'ossidazione biologica nel corpo.

La principale fonte di azoto per gli organismi eterotrofi è proteine, per autotrofi - sali di acido nitrico e ammonio. Tuttavia, alcuni microrganismi sono in grado di assimilare l'azoto molecolare. Questi includono batteri noduli, azotobacter, fissaggio dell'azoto alghe blu verdi.

La necessità di entrare nel corpo idrico, ovviamente, non ha bisogno

Leggi ambientali- leggi generali e principi di interazione della società umana con l'ambiente naturale.

Il significato di queste leggi risiede nella regolazione della natura e della direzione dell'attività umana all'interno di ecosistemi di vari livelli. Tra le leggi dell'ecologia, formulate da diversi autori, sono più note quattro leggi dell'aforisma dello scienziato ambientale americano Barry Commoner (1974):

"Tutto è connesso con tutto"(la legge della connessione universale tra cose e fenomeni in natura);
"Tutto deve andare da qualche parte"(legge di conservazione della massa della materia);
"Niente è gratis"(sul prezzo dello sviluppo);
"La natura sa meglio"(sul criterio principale di selezione evolutiva).

A partire dal la legge della connessione universale tra cose e fenomeni in natura("Tutto è connesso con tutto") ci sono diverse conseguenze:

la legge dei grandi numeri - l'azione combinata di un gran numero di fattori casuali porta ad un risultato quasi indipendente dal caso, cioè di natura sistemica. Quindi, miriadi di batteri nel suolo, nell'acqua, nei corpi di organismi viventi creano un ambiente microbiologico speciale e relativamente stabile necessario per la normale esistenza di tutti gli esseri viventi. Oppure un altro esempio: il comportamento casuale di un gran numero di molecole in un certo volume di gas determina valori di temperatura e pressione abbastanza definiti;
Principio di Le Chatelier (marrone) - quando un'influenza esterna porta il sistema fuori da uno stato di equilibrio stabile, questo equilibrio si sposta nella direzione in cui l'effetto dell'influenza esterna diminuisce. A livello biologico, si realizza sotto forma della capacità degli ecosistemi di autoregolarsi;
legge di ottimalità- qualsiasi sistema funziona con la massima efficienza entro alcuni dei suoi caratteristici limiti spazio-temporali;
qualsiasi cambiamento sistemico nella natura ha un impatto diretto o indiretto su una persona - dallo stato dell'individuo alle complesse relazioni sociali.

A partire dal la legge di conservazione della massa della materia(“Tutto deve scomparire da qualche parte”) seguono almeno due postulati di significato pratico:

Scrive Barry Commoner “... l'ecosistema globale è un tutto unico, all'interno del quale nulla può essere guadagnato o perso e che non può essere oggetto di miglioramento complessivo; tutto ciò che ne è stato estratto dal lavoro umano deve essere sostituito. Il pagamento di questa cambiale non può essere evitato; si può solo ritardare. L'attuale crisi ambientale suggerisce che il rinvio è molto lungo".

Principio "La natura sa meglio" determina prima di tutto cosa può e cosa non dovrebbe avvenire nella biosfera. Tutto in natura - dalle semplici molecole agli esseri umani - ha superato una feroce competizione per il diritto all'esistenza. Attualmente, il pianeta è abitato da solo 1/1000 specie di piante e animali testati dall'evoluzione. Il criterio principale di questa selezione evolutiva è l'integrazione nel ciclo biotico globale., l'occupazione di tutte le nicchie ecologiche. Qualsiasi sostanza prodotta da organismi deve avere un enzima che la decompone e tutti i prodotti di decadimento devono essere nuovamente coinvolti nel ciclo. L'evoluzione prima o poi si separò da ogni specie biologica che violava questa legge. La civiltà industriale umana viola gravemente la natura chiusa del ciclo biotico su scala globale, che non può rimanere impunito. In questa situazione critica bisogna trovare un compromesso, che può essere fatto solo da una persona con ragione e desiderio di questo.

Oltre alle formulazioni di Barry Commoner, gli ecologisti moderni hanno derivato un'altra legge dell'ecologia: “Non abbastanza per tutti” (la legge delle risorse limitate). Ovviamente, l'apporto di nutrienti per tutte le forme di vita sulla Terra è finito e limitato. Non è sufficiente per tutti i rappresentanti del mondo organico che compaiono nella biosfera, quindi un aumento significativo del numero e della massa di qualsiasi organismo su scala globale può verificarsi solo a causa di una diminuzione del numero e della massa degli altri. L'economista inglese T.R. Malthus (1798), che proprio con questo cercò di giustificare l'inevitabilità della competizione sociale. A sua volta, Charles Darwin ha preso in prestito il concetto di "lotta per l'esistenza" da Malthus per spiegare il meccanismo della selezione naturale nella natura vivente.

La legge delle risorse limitate- la fonte di ogni forma di competizione, rivalità e antagonismo nella natura e, purtroppo, nella società. E per quanto la lotta di classe, il razzismo, i conflitti interetnici siano considerati fenomeni puramente sociali, tutti hanno le loro radici nella competizione intraspecifica, che a volte assume forme molto più crudeli che negli animali.

La differenza essenziale è che in natura, per effetto della competizione, sopravvivono i migliori, ma nella società umana non è affatto così.

Una classificazione generalizzata delle leggi ambientali è stata presentata dal famoso scienziato sovietico N.F. Reimer. Sono state fornite le seguenti formulazioni:

la legge dell'equilibrio socio-ecologico(la necessità di mantenere un equilibrio tra pressione sull'ambiente e ripristino di questo ambiente, sia naturale che artificiale);
principio di gestione culturale dello sviluppo(imporre restrizioni allo sviluppo estensivo, tenendo conto delle restrizioni ambientali);
regola di sostituzione socio-ecologica(la necessità di identificare modi per sostituire i bisogni umani);
la legge dell'irreversibilità socio-ecologica(l'impossibilità di invertire il movimento evolutivo, dalle forme complesse a quelle più semplici);
legge della noosfera Vernadsky (l'inevitabilità della trasformazione della biosfera sotto l'influenza del pensiero e del lavoro umano nella noosfera - la geosfera, in cui la ragione diventa dominante nello sviluppo del sistema "uomo-natura").

Il rispetto di queste leggi è possibile a condizione che l'umanità comprenda il suo ruolo nel meccanismo per mantenere la stabilità della biosfera. È noto che nel processo di evoluzione si conservano solo quelle specie in grado di garantire la stabilità della vita e dell'ambiente. Solo una persona, usando il potere della sua mente, può dirigere l'ulteriore sviluppo della biosfera lungo il percorso di conservazione della fauna selvatica, preservare la civiltà e l'umanità, creare un sistema sociale più equo, passando da una filosofia di guerra a una filosofia di pace e collaborazione, amore e rispetto per le generazioni future. Tutti questi sono componenti di una nuova visione del mondo biosferica, che dovrebbe diventare universale per tutta l'umanità.

Leggi e principi ambientali

Legge minima

Nel 1840 gr. J. Liebig ha scoperto che il raccolto è spesso limitato non da quei nutrienti che sono richiesti in grandi quantità, ma da quelli che sono necessari un po', ma che scarseggiano nel terreno. La legge da lui formulata recitava: "La sostanza, che è al minimo, controlla il raccolto, determina la grandezza e la stabilità di quest'ultimo nel tempo". Successivamente, una serie di altri fattori sono stati aggiunti ai nutrienti, come la temperatura. Il funzionamento di questa legge è limitato da due principi. La prima legge di Liebig è strettamente valida solo in condizioni di stato stazionario. Una formulazione più precisa: "in regime stazionario, la sostanza limitante sarà la cui quantità disponibile si avvicinerà al minimo richiesto". Il secondo principio riguarda l'interazione dei fattori. Un'elevata concentrazione o disponibilità di una sostanza può alterare l'assunzione minima di nutrienti. La seguente legge è formulata nell'ecologia stessa e generalizza la legge del minimo.

La legge della tolleranza

Questa legge è formulata come segue: l'assenza o l'impossibilità dello sviluppo di un ecosistema è determinata non solo da una carenza, ma anche da un eccesso di uno qualsiasi dei fattori (calore, luce, acqua). Di conseguenza, gli organismi sono caratterizzati sia da un minimo che da un massimo ecologico. Troppe cose buone sono anche cattive. L'intervallo tra i due valori è i limiti di tolleranza, in cui il corpo normalmente reagisce all'influenza dell'ambiente. La legge della tolleranza proposta W. Shelford nel 1913 si possono formulare alcune proposte integrative.

Gli organismi possono avere un ampio intervallo di tolleranza per un fattore e un intervallo ristretto per un altro.
Gli organismi con un'ampia gamma di tolleranza a tutti i fattori sono solitamente i più diffusi.
Se le condizioni per un fattore ecologico non sono ottimali per la specie, la gamma di tolleranza ad altri fattori ecologici potrebbe restringersi.
In natura, gli organismi molto spesso si trovano in condizioni che non corrispondono al valore ottimale di un fattore o di un altro, determinato in laboratorio.
Il periodo riproduttivo è solitamente critico; durante questo periodo, molti fattori ambientali sono spesso limitanti.

Gli organismi viventi modificano le condizioni ambientali al fine di indebolire l'influenza limitante dei fattori fisici. Specie con un'ampia distribuzione geografica formano popolazioni adattate alle condizioni locali, che sono chiamate ecotipi. I loro ottimi ei limiti di tolleranza corrispondono alle condizioni locali.

Concetto generalizzato di fattori limitanti

I fattori più importanti a terra sono luce, temperatura e acqua (precipitazioni), mentre in mare luce, temperatura e salinità. Queste condizioni fisiche di esistenza Maggio limitare e influenzare favorevolmente. Tutti i fattori ambientali dipendono l'uno dall'altro e agiscono di concerto. Altri fattori limitanti includono i gas atmosferici (anidride carbonica, ossigeno) e i sali biogeni. Nel formulare la "legge del minimo", Liebig aveva in mente l'effetto limitante degli elementi chimici vitali presenti nell'ambiente in quantità piccole e variabili. Sono chiamati oligoelementi e comprendono ferro, rame, zinco, boro, silicio, molibdeno, cloro, vanadio, cobalto, iodio, sodio. Molti oligoelementi, come le vitamine, fungono da catalizzatori. Fosforo, potassio, calcio, zolfo, magnesio, richiesti dagli organismi in grandi quantità, sono detti macronutrienti. Un importante fattore limitante nelle condizioni moderne è l'inquinamento ambientale. Il principale fattore limitante in Yu Odum, - dimensioni e qualità" oikosa", o il nostro" dimora naturale", non solo il numero di calorie che puoi spremere dalla terra. Il paesaggio non è solo un magazzino per le provviste, ma anche la casa in cui viviamo. “Dovremmo sforzarci di preservare almeno un terzo di tutta la massa terrestre come spazio aperto protetto. Ciò significa che un terzo del nostro intero habitat dovrebbe essere costituito da parchi nazionali o locali, riserve, aree verdi, aree selvagge, ecc. " La superficie richiesta da una persona, secondo varie stime, varia da 1 a 5 ettari. La seconda di queste cifre supera l'area che ora ricade su un abitante della Terra.

La densità di popolazione si avvicina a una persona per 2 ettari di terreno. Solo il 24% del territorio è adatto all'agricoltura. Mentre solo 0,12 ettari possono fornire calorie sufficienti per sostenere una sola persona, una dieta completa con molta carne, frutta e verdura richiede circa 0,6 ettari a persona. Inoltre occorrono circa 0,4 ettari per la produzione di vari tipi di fibre (carta, legno, cotone) e altri 0,2 ettari per strade, aeroporti, edifici, ecc. Da qui il concetto di "miliardo d'oro", secondo il quale il numero ottimale di persone è di 1 miliardo di persone, e quindi già adesso ci sono circa 5 miliardi di "persone in più". Per la prima volta nella sua storia, l'uomo ha dovuto affrontare restrizioni estreme, non locali. Il superamento dei fattori limitanti richiede enormi spese di materia ed energia. Per raddoppiare la resa, è necessario aumentare di dieci volte la quantità di fertilizzanti, pesticidi ed energia (animali o macchine). Anche la dimensione della popolazione fa parte dei fattori limitanti.

Legge sull'esclusione competitiva

Questa legge è formulata come segue: due specie che occupano una nicchia ecologica non possono coesistere in un luogo indefinitamente.

Quale specie vince dipende dalle condizioni esterne. In condizioni simili, tutti possono vincere. Un fattore importante per la vittoria è il tasso di crescita della popolazione. L'incapacità di una specie alla competizione biotica porta alla sua repulsione e alla necessità di adattarsi a condizioni e fattori più difficili.

La legge dell'esclusione competitiva può funzionare anche nella società umana. La particolarità della sua azione al momento attuale è che le civiltà non possono disperdersi. Non hanno un posto dove lasciare il loro territorio, perché non c'è spazio libero nella biosfera per il reinsediamento e non c'è eccedenza di risorse, il che porta ad un aggravamento della lotta con tutte le conseguenze che ne conseguono. Possiamo parlare di rivalità ambientale tra paesi e persino di guerre ambientali o guerre per ragioni ambientali. Un tempo Hitler giustificava la politica aggressiva della Germania nazista con la lotta per lo spazio vitale. Risorse di petrolio, carbone, ecc. e poi erano importanti. Hanno ancora più peso nel 21° secolo. Inoltre, è stata aggiunta la necessità di territori per lo smaltimento di rifiuti radioattivi e altri. Le guerre, calde e fredde, assumono una sfumatura ecologica. Molti eventi della storia moderna, ad esempio il crollo dell'URSS, sono percepiti in un modo nuovo, se li si guarda da un punto di vista ecologico. Una civiltà non solo può conquistarne un'altra, ma usarla per scopi egoistici da un punto di vista ambientale. Questo sarà il colonialismo ecologico. È così che si intrecciano questioni politiche, sociali e ambientali.

La legge fondamentale dell'ecologia

Uno dei principali risultati dell'ecologia è stata la scoperta che non solo gli organismi e le specie si sviluppano, ma anche. La sequenza di comunità che si sostituiscono in una data area è chiamata successione. La successione si verifica a seguito di un cambiamento nell'ambiente fisico sotto l'influenza della comunità, ad es. controllata da lui.

L'elevata produttività offre una bassa affidabilità: un'altra formulazione della legge fondamentale dell'ecologia, da cui segue la seguente regola: "L'efficienza ottimale è sempre inferiore al massimo". La diversità, secondo la legge fondamentale dell'ecologia, è direttamente correlata alla sostenibilità. Tuttavia, non è ancora noto fino a che punto questa relazione sia causale.

Alcune altre importanti leggi e principi ambientali.

La legge dell'emergenza: il tutto ha sempre proprietà speciali che sono assenti nella sua parte.

La legge della diversità necessaria: il sistema non può essere costituito da elementi assolutamente identici, ma può avere un'organizzazione gerarchica e livelli integrativi.

La legge di irreversibilità dell'evoluzione: un organismo (popolazione, specie) non può tornare allo stato precedente, realizzato nella serie dei suoi antenati.

La legge della complicazione organizzativa: lo sviluppo storico degli organismi viventi porta alla complicazione della loro organizzazione attraverso la differenziazione di organi e funzioni.

Legge biogenetica(E. Haeckel): l'ontogenesi di un organismo è una breve ripetizione della filogenesi di una data specie, cioè l'individuo nel suo sviluppo ripete in forma abbreviata lo sviluppo storico della sua specie.

La legge dello sviluppo irregolare di parti del sistema: i sistemi di un livello della gerarchia non si sviluppano in modo strettamente sincrono, mentre alcuni raggiungono uno stadio di sviluppo più elevato, altri rimangono in uno stato meno sviluppato. Questa legge è direttamente collegata alla legge della diversità necessaria.

La Legge di Conservazione della Vita: la vita può esistere solo nel processo di movimento attraverso un corpo vivente del flusso di sostanze, energia, informazione.

Il principio del mantenimento dell'ordine(J. Prigogine): nei sistemi aperti l'entropia non aumenta, ma diminuisce fino al raggiungimento del valore minimo costante, sempre maggiore di zero.

Principio di Le Chatelier-Brown: con un'influenza esterna, che porta il sistema fuori da uno stato di equilibrio stabile, questo equilibrio si sposta nella direzione in cui si indebolisce l'effetto dell'influenza esterna.

Principio di risparmio energetico(L. Onsager): con la probabilità dello sviluppo del processo in un certo insieme di direzioni consentite dai principi della termodinamica, si realizza quella che fornisce un minimo di dissipazione di energia.

La legge della massimizzazione dell'energia e dell'informazione: la migliore possibilità di autoconservazione è posseduta dal sistema più favorevole al flusso, alla produzione e all'uso efficiente dell'energia e dell'informazione; l'assunzione massima della sostanza non garantisce il successo del sistema nella competizione.

La legge di sviluppo del sistema a spese dell'ambiente: qualsiasi sistema può svilupparsi solo attraverso l'utilizzo delle capacità materiali, energetiche e informative del suo ambiente; l'autosviluppo assolutamente isolato è impossibile.

La regola di Schrödinger"A proposito di nutrire" l'organismo con entropia negativa: l'ordinamento dell'organismo è superiore all'ambiente e l'organismo emette più disordine in questo ambiente di quanto non ne riceva. Questa regola è correlata al principio di mantenimento dell'ordine di Prigogine.

La regola dell'accelerazione dell'evoluzione: con un aumento della complessità dell'organizzazione dei biosistemi, la durata dell'esistenza di una specie diminuisce in media e il tasso di evoluzione aumenta. La durata media della vita di una specie di uccelli è di 2 milioni di anni, di una specie di mammiferi - 800 mila anni. Il numero di specie estinte di uccelli e mammiferi rispetto al loro intero numero è grande.

La legge dell'indipendenza relativa dell'adattamento: l'elevata adattabilità ad uno dei fattori ambientali non conferisce lo stesso grado di adattamento ad altre condizioni di vita (al contrario, può limitare queste possibilità a causa delle caratteristiche fisiologiche e morfologiche degli organismi).

Principio della popolazione minima: esiste una dimensione minima della popolazione al di sotto della quale la sua dimensione non può scendere.

La regola di rappresentazione del genere da parte di una specie: in condizioni omogenee e in un'area limitata, un genere tassonomico, di regola, è rappresentato da una sola specie. Apparentemente, ciò è dovuto alla vicinanza di nicchie ecologiche di specie dello stesso genere.

La legge di esaurimento della materia vivente nei suoi ispessimenti insulari(GF Hilmi): “Un sistema individuale che opera in un ambiente con un livello di organizzazione inferiore al livello del sistema stesso è condannato: perdendo gradualmente la sua struttura, il sistema si dissolverà nell'ambiente dopo un po' di tempo”. Ciò porta a una conclusione importante per la conservazione della natura umana: la conservazione artificiale di piccoli ecosistemi (in un'area limitata, ad esempio una riserva naturale) porta alla loro graduale distruzione e non garantisce la conservazione di specie e comunità.

La legge della piramide delle energie(R. Lindemann): da un livello trofico della piramide ecologica si passa ad un altro, un livello superiore, mediamente, di circa il 10% dell'energia fornita al livello precedente. Il flusso di ritorno dai livelli più alti a quelli più bassi è molto più debole - non più dello 0,5-0,25%, e quindi non è necessario parlare della circolazione dell'energia nella biocenosi.

La regola del riempimento obbligatorio delle nicchie ecologiche: una nicchia ecologica vuota è sempre e necessariamente riempita naturalmente (“la natura aborrisce il vuoto”).

Il principio della formazione dell'ecosistema: l'esistenza a lungo termine degli organismi è possibile solo nell'ambito dei sistemi ecologici, in cui i loro componenti ed elementi si completano a vicenda e si adattano reciprocamente. Da queste leggi e principi ambientali derivano alcune conclusioni, valide per il sistema "uomo - ambiente naturale". Appartengono al tipo di legge di restrizione della diversità, vale a dire. imporre restrizioni alle attività umane per trasformare la natura.

Legge boomerang: tutto ciò che viene estratto dalla biosfera dal lavoro umano deve esservi restituito.

La legge dell'indispensabilità della biosfera: la biosfera non può essere sostituita da un ambiente artificiale, così come, ad esempio, non si possono creare nuovi tipi di vita. L'uomo non può costruire una macchina del moto perpetuo, mentre la biosfera è praticamente una macchina del moto "perpetuo".

La legge della pelle di ciottoli: il potenziale delle risorse naturali iniziali globali si esaurisce costantemente nel corso dello sviluppo storico. Ciò deriva dal fatto che attualmente non ci sono risorse fondamentalmente nuove che potrebbero apparire. Per la vita di ogni persona all'anno sono necessarie 200 tonnellate di solidi, che lui, con l'aiuto di 800 tonnellate di acqua e una media di 1000 watt di energia, trasforma in un prodotto utile per se stesso. L'uomo prende tutto questo da ciò che è già in natura.

Il principio di lontananza di un evento: i discendenti inventeranno qualcosa per prevenire possibili conseguenze negative. Resta aperta la questione di come le leggi dell'ecologia possano essere trasferite al rapporto dell'uomo con l'ambiente, poiché l'uomo è diverso da tutte le altre specie. Ad esempio, nella maggior parte delle specie, il tasso di crescita della popolazione diminuisce con l'aumentare della densità; nell'uomo, al contrario, la crescita della popolazione è in questo caso accelerata. Alcuni dei meccanismi di regolazione della natura sono assenti negli esseri umani e questo può servire come ulteriore motivo per l'ottimismo tecnologico in alcuni e per i pessimisti ambientali per indicare il pericolo di una tale catastrofe, che è impossibile per qualsiasi altra specie.

Il compito dell'ecologia è cercare leggi che spieghino l'interazione tra organismi e ambiente.

(Cos'è un fattore ambientale? Quali gruppi di fattori ambientali conosci?)

Un organismo vivente in condizioni naturali è contemporaneamente esposto all'influenza di non uno, ma molti fattori ambientali, sia biotici che abiotici. Qualsiasi fattore ambientale è dinamico, mutevole nel tempo e nello spazio. Tuttavia, ogni organismo vivente richiede livelli rigorosamente definiti, quantità (dosi) di fattori ambientali, nonché determinati limiti delle loro fluttuazioni. Se le modalità di tutti i fattori ambientali corrispondono ai requisiti ereditari fissati dell'organismo (cioè il suo genotipo), allora è in grado di sopravvivere e dare una prole vitale.

Quindi le piante hanno bisogno di quantità significative di umidità, sostanze nutritive (azoto, fosforo, potassio), ma i requisiti per altre sostanze, come boro o molibdeno, sono determinati da quantità trascurabili. Tuttavia, la mancanza o l'assenza di qualsiasi sostanza (sia macro che microelementi) influisce negativamente sullo stato dell'organismo, anche se tutte le altre sono presenti nelle quantità richieste.

Legge minima

Storicamente, la prima legge per l'ecologia è stata la legge che stabilisce la dipendenza dei sistemi viventi da fattori che ne limitano lo sviluppo (i cosiddetti fattori limitanti).

Il concetto di fattori limitanti fu introdotto nel 1840 dall'agrochimico e fisiologo tedesco Justus Liebig (1803-1873). Studiando l'effetto del contenuto di vari elementi chimici nel terreno sulla crescita delle piante, ha formulato una regola: "La resa (produzione) dipende dal fattore che è al minimo." Questa regola è nota come Legge del minimo di Liebig.

Come illustrazione visiva della legge dei minimi di Liebig, viene spesso raffigurato un barile, in cui le piastre che formano la superficie laterale hanno altezze diverse. La lunghezza della tavola più corta determina il livello al quale la canna può essere riempita d'acqua. Pertanto, la lunghezza di questa tavola è il fattore limitante per la quantità di acqua che può essere versata nella canna. La lunghezza delle altre tavole non ha più importanza.

Analizziamo la legge del minimo con esempi specifici. Il suolo contiene tutti gli elementi della nutrizione minerale necessari per una data specie vegetale, tranne uno di essi, come lo zinco. La crescita delle piante su tale terreno sarà severamente inibita o addirittura impossibile. Se la giusta quantità di zinco viene aggiunta al terreno, porterà a una migliore crescita delle piante. Ma se aggiungiamo qualsiasi altra sostanza chimica (ad esempio potassio, azoto, fosforo) e non c'è ancora abbastanza zinco, questo non avrà alcun effetto.

Nel 1908, il climatologo Voeikov utilizzò la legge del minimo in relazione ai fattori climatici e nel 1936 lo zoogeografo Gepner in zoogeografia. La legge del minimo di Liebig si applica a tutti i fattori abiotici e biotici che influenzano l'organismo.

Pertanto, la legge del minimo è valida non solo per le piante, ma anche per tutti gli organismi viventi, compreso l'uomo. È noto che in alcuni casi la mancanza di qualsiasi elemento nell'organismo deve essere compensata dall'uso di acqua minerale o vitamine.

(Esempio. Il fabbisogno minimo giornaliero di iodio in un adulto, secondo l'OMS, è di 150-200 mcg. Lo iodio fa parte degli ormoni tiroidei ed è estremamente necessario per il nostro corpo per molti processi fisiologici:

Normale formazione e funzionamento del cervello,

Sviluppo di alta intelligenza,

Funzione tiroidea normale,

Crescita e sviluppo normali del bambino,

Una vita piena di adulto e procreazione,

Normale decorso della gravidanza e del parto, normale sviluppo del feto e del neonato,

Rallentare lo sviluppo dell'aterosclerosi e dell'invecchiamento del corpo, prolungare la giovinezza e prevenire l'invecchiamento precoce, mantenere una mente chiara e una buona memoria per molti anni.)

Nella visione moderna, la legge del minimo recita: “Avvicinandosi al suo valore minimo necessario per mantenere l'attività vitale dell'organismo, il fattore ecologico diventa limitante, cioè. limita la capacità del corpo di sopravvivere.

Più pienamente e nella forma più generale, l'intera complessità dell'influenza dei fattori ambientali sul corpo riflette la legge di tolleranza di V. Shelford.