Биологическая самоорганизация.

СОДЕРЖАНИЕ: Целью данного реферата является анализ самоорганизации как познания различных биологических систем.

Министерство образования и науки РФ

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 50

РЕФЕРАТ

по теме: Биологическая самоорганизация

Выполнили:

ученицы 10 класса

Кушнаревич А.

Богданова В.

Руководитель:

Крыжановская А.В.

учитель биологии

2009г.

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………..3

1.Основные положения теории самоорганизации……………………………..4

2.Самоорганизация – способность любой биологической системы…….........5

3. Механизмы самоорганизации………………………………………………..5

3.1. Протоплазматическая среда……………………………………………...6

3.2. Синтез жизненно важных веществ……………………………………..6

3.3. Митоз……………………………………………………………………...7

3.4. Полиплоидизация………………………………………………………...7

3.5.Иммунная система………………………………………………………..7

3.6. Биологические часы……………………………………………………..11

Заключение……………………………………………………………………….15

Список литературы………………………………………………………………16

Введение

Целью данного реферата является анализ самоорганизации как познания различных биологических систем.

Задачи:

1. Провести анализ литературы по данной тематике.

2. Рассмотреть феномен самоорганизации.

3. Проанализировать самоорганизацию в различных биологических системах.

4.Оформить реферат и презентацию.

Актуальность данной тематики обусловлена тем, что вопрос самоорганизации материальных систем в XX веке становится одной из центральных проблем наук. Полученные знания в этих областях исследования, приобрели общенаучный характер в описании и объяснении процессов самоорганизации. Закономерности явлений самоорганизации, открываются синергетикой. Термин «синергетика» образован от греческого «синергиа», которое означает содействие, сотрудничество Материальной основой самоорганизации являются системы.

Ее основоположниками считаются Г. Хакен и И. Пригожин. Принципы самоорганизации распространяются на все материальные системы. Как отмечает Г. Хакен, принципы самоорганизации, изучаемые этой наукой, распространяются «от морфогенеза в биологии, некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики до космических масштабов эволюции звезд, от мышечного сокращения до вспучивания конструкций» («Синергетика». М., 1980. С. 16).

Все процессы, протекающие в различных материальных системах, могут быть подразделены на два типа: во-первых, это процессы, протекающие в замкнутых системах, ведущие к установлению равновесного состояния, которое при определенных условиях стремится к максимальной степени неупорядоченности или хаоса. Во-вторых, это процессы, протекающие в открытых системах, в которых при определенных условиях из хаоса могут самопроизвольно возникать упорядоченные структуры, что и характеризует стремление к самоорганизации

Свое понимание феномена самоорганизации И. Пригожин связывает с понятием структуры спонтанно возникающей в открытых неравновесных системах. Процесс возникновения таких структур объясняется следующим образом. Пока система находится в состоянии равновесия, ее элементы ведут себя независимо друг от друга. В силу такой независимости к образованию упорядоченных структур такие элементы неспособны. Но если эта система под воздействием энергетических взаимодействий с окружающей средой переходит в неравновесное «возбужденное» состояние. Элементы такой системы начинают действовать согласованно. Между ними возникают взаимодействия. Из самых удивительных свойств такой структуры является ее повышенная «чувствительность» к внешним воздействиям. Изменения во внешней среде оказываются фактором отбора различных структурных конфигураций. Материальная система такого типа включается в процесс самоорганизации. Если предполагается, что именно неравновесность является естественным состоянием всех процессов действительности, то естественным оказывается и стремление к самоорганизации.

1.Основные положения теории самоорганизации.

Всё что происходит вокруг нас, мы можем считать процессом самоорганизации. Процессы самоорганизации следуют определённым правилам, законам. К числу таких законов относятся прежде всего законы сохранения и 2-е начало термодинамики. Таким образом, в неживой природе существуют доступные наблюдению определённые классы движений, подчиняющиеся определённым правилам. Подобные же правила существуют в природе и обществе. Вот эти правила и называют принципами отбора. Иными словами, принципы отбора - это те же самые законы физики, химии, биологии, законы общественного развития, которые из мыслимо допустимых движений “отбирают” те, которые мы и наблюдаем.

Это можно доказать с помощью примеров.

Для описания процесса эволюции как самоорганизации в природе, используется дарвиновская триада: наследственность, изменчивость, отбор. Данным понятиям придаётся более широкий смысл. Изменчивость в этом более широком смысле – это вечно присутствующие факторы случайности и неопределённости. Что касается термина “наследственность”, то он означает лишь то, что настоящее и будущее любой системы в мире зависит от его прошлого. Степень зависимости той или иной системы от прошлого может быть любой. Эту степень зависимости условимся называть памятью системы.

Рассмотрим пример Леонардо Эйлера (конец XVIIIв.) – колонна, находящаяся под нагрузкой. Если эта нагрузка не очень велика, то у колонны существует единственное положения равновесия – вертикальное. При этом малое изменение внешних воздействий не изменит данного положения равновесия. Пусть колонна находится под действием случайных порывов ветра, тогда она в силу свойств упругости будет колебаться около своего вертикального положения. Если увеличивать нагрузку, то амплитуда и частота колебаний будут меняться, но их характер будет тем же – колебания около того же положения равновесия. Однако это продлится лишь до тех пор. пока нагрузка не достигнет некоего критического значения. После этого вертикальное положение равновесия потеряет устойчивость. Вместо него появится множество новых положений

равновесия. Если порывы ветра сохраняются, то колонна будет продолжать колебаться около нового положения равновесия, но около какого – предсказать невозможно, причём невозможно в принципе, т.к. это будет зависеть от случайного порыва ветра в момент потери устойчивости. Описанное явление, открытое Л. Эйлером, носит название бифурикации. Таким образом, при малых вертикальных нагрузках колонна обладает бесконечной памятью – фиксируя её положения в данный момент времени, мы можем восстановить все её предыдущие состояния (зная, конечно, поведение ветра). В момент бифурикации система полностью “теряет память”. Будущее зависит только от изменчивости ветровой нагрузки.

Другой пример – мы бьём молотком по камню. От каждого удара тот деформируется, и мы можем предсказать характер каждой деформации, но мы не можем сказать, на сколько и каких осколков разлетится камень, когда мы его разобьём. Явление бифурикации типично для большинства процессов, развивающихся во времени. Момент бифурикации –некая абстракция, как и полная потеря памяти. Бифурикация – тоже процесс, протяжённый во времени, но длящийся весьма малый его интервал, в течение которого происходит качественная перестройка свойств системы, и определяющее значение в характере дальнейшего развития имеют случайные факторы. В этих условиях память системы резко уменьшается. Процессы бифурикации мы наблюдаем и в развитии живого вещества и в общественной жизни. Революционные процессы – типичные процессы бифурикации – ни в одной революции никому не удавалось предсказать характера постреволюционного развития.

Итак, мы нарисовали некоторую, достаточно общую схему процессов самоорганизации, в общих чертах справедливую как для неживой материи, так для живого вещества и общества. В процессе самоорганизации происходит непрерывное разрушение старых и возникновение новых структур, новых форм организации материи, обладающих новыми свойствами. Причём это качественно не те же самые образования. Они обладают новыми неповторимыми свойствами. В некоторых случаях эти свойства можно предугадать. Однако так бывает далеко не всегда. Простейший пример этому – вода. Она обладает аномальной зависимостью плотности от температуры, и это свойство мы не можем вывести из свойств атомов (или молекулярных свойств) водорода и кислорода, которые более или менее известны. Таким примерам нет числа, особенно когда мы переходим в сферу живого вещества и общественных отношений. Феномен жизни, видимо, невозможно свести к физико-химическому взаимодействию составляющих элементов живого организма. Свойства Разума, вероятнее всего, несводимы к свойствам нейронов, из которых состоит мозг. Объяснить поведение толпы свойствами входящих в неё людей – тоже практически невозможно.

2.Самоорганизация – способность любой биологической системы.

Все живые системы сопротивляются

уничтожению и приспосабливаются к внешним

условиям, насколько это возможно.

Л.Н.Гумилев

Материальной основой самоорганизации живого являются системы. Биологические системы, как известно, никогда не бывают завершенными, они открыты. Мутационные изменения генов - чаще всего в направлении от доминантности к рецессивности - либо ведут к деградации биологической системы, либо вызывают в ней процесс самоорганизации. В ходе этого процесса образуются новые структуры, более пластичные и сложные, далекие от состояния равновесия со средой, не уступающие тем, что создавались на базе генетической информации.

В свое время И.А.Рапопорт (1987) высказал суждение: Самостоятельность фенотипа относительно генотипа заложена в том, что генетика создала в недрах биологической системы ряд новых уровней, из которых непосредственно к генетике относятся иРНК и ферменты, а остальные составляют продукт собственной плодотворной эволюции биологического строения. При малых мощностях генного аппарата могут быть новые источники и движущие силы, уравновешивающие дезорганизацию живых систем. Пластичность живого - реальность, поэтому надо искать ее сущность в рациональном обосновании. Этот взгляд развивает идею о способности любой биологической системы, утратившей информаторов в генетическом центре управления, становиться на путь самоорганизации, за счет созидательного синтеза новых внутри- и межклеточных связей и перестройки старых, использования накопленной в глубинах клетки потенциальной энергии, представленной в форме разнообразных белков, ферментов, информационных молекул, рибосомных матриц. В клеточных системах всегда есть определенный запас адаптации на разных уровнях. Однако фенотипический резерв не исчерпывается названными компонентами.

3. Механизмы самоорганизации.

3.1. Протоплазматическая среда.

У э укариотических организмов протоплазматическая среда по своему совершенству и созидательной деятельности превосходит большинство представленных в неживой природе форм. Это не просто связывающий коридор между ядром и окружающим внешним миром, где сплелись в один клубок все жизненные процессы, сконцентрировались материальные и энергетические потенциалы, которые будут эффективно использованы при катастрофическом развитии событий в клетке, но и место весьма комфортного существования внеядерных носителей наследственности, многие из которых создают в протоплазматической толще независимые локусы реализации генетической информации. Это - вирусы, плазмиды, белковые гены, а также тринуклеотиды, представляющие собой самостоятельные генетические модули. Эти простые носители генетического состояния образуют связи с ядром и клеткой, оказывают влияние на разные их стороны.

Итак, ранее запасенные фенотипические ресурсы и так называемые теневые структуры в состоянии выступить как своеобразные силы самоорганизации, компенсирующие потери генетических источников информации.

3.2. Синтез жизненно важных веществ.

Так, например, в условиях генетического хаоса и отсутствия определенных ферментных систем, клетка может удовлетворять свои потребности за счет притока энергии и материалов из соседних полноценных клеток или тканей, даже быть может далеких от нее по структуре и функции (Рапопорт, 1993). Автор замечает, что обеспеченность и прочность генетически дезорганизованной биологической системы могут быть увеличены посредством принятия адекватных мер в масштабе клетки: это добавление веществ, синтезируемых жизненно важными ферментами или введение собственно нормальной единицы самого недостающего фермента. От преждевременного старения и смерти биологическую систему могут уберечь биологически активные соединения. Известно, что многие биологически активные соединения способствуют выживанию клеток с нарушенным генетическим балансом, которые по законам природной нормы должны быть уничтожены. Все это примеры того, что оптимальные внешние условия могут, если не обращать разрушительные процессы, то, по крайней мере, снижать давление окружающей среды.

3.3. Митоз (деление клетки).

Митоз–(деление клетки). Данный механизм самоорганизации биологических систем не связан с реализацией внешних ресурсов и факторов - это приучение живой системы к существованию в условиях дефицита.

Многочисленные исследования показали, что высокодифференцированные клетки не делятся. Однако в клеточных системах с дефектами и нарушенными метаболическими звеньями запрет на клеточное размножение снимается, и тогда митозы, выступая как специфический механизм самоорганизации, освобождают клетки от накопившихся в них стрессов. Правда, у явления внеплановых клеточных делений есть и другая сторона: даже не очень сильные по интенсивности деления высокодифференцированных клеток будут мешать нормальному отправлению функций тканью или органом, нарушать их упорядоченность и вести по пути снижения адаптации к внешним воздействиям и ускоренного износа.[2]

3.4. Полиплоидизация.

Там, где митозы невозможны, клетка избирает другой путь самоорганизации - путь полиплоидизации, многократного увеличения генома, что приводит к увеличению потока генетической информации и созданию дополнительных фенотипических ресурсов, обеспечивающих более высокую степень защиты генетических структур и клетки в целом от внешних воздействий. [8]

3.5.Иммунная система.

Защита организма от проникших в него чужеродных веществ, бактерий, вирусов, паразитов, а также ликвида­ция отмирающих и мутационно изменившихся собствен­ных клеток тела осуществляется иммунной систе­мой. Это специализированная самостоятельная (наряду с нервной, пищеварительной и др.) система организма. Она включает в себя совокупность всех лимфоидных органов, тканей и клеток организма: вилочковую железу (тимус), селезенку, лимфатические узлы, групповые лим­фатические фолликулы и другие лимфоидные скопления, лимфоциты костного мозга и крови. Особенностями иммунной системы являются: «диффузность», т. е. «разбросанность» по всему телу; циркуляция ее клеток с кровотоком по всем органам; уникальная способность вырабатывать специфические молекулы — антитела. Лимфоидные клетки иммунной системы совмест­но с фагоцитами (микрофагоциты крови и макрофаги клеток) и осуществляют защиту организма от чужеродных агентов.

Чужеродные вещества, внедрение которых в организм вызывает иммунный ответ, называют антигенами.

Антигенами могут быть (при попадании в другой орга­низм) большинство биологических макромолекул (белки, полисахариды, нуклеотиды) с высокой молекулярной мас­сой — 500 тыс. и выше. Молекулы, имеющие моле­кулярную массу меньше 5 тыс., редко стимулируют образование антител в организме. Однако некоторые соеди­нения, например полипептидный гормон глюкагон с моле­кулярной массой 3800 и инсулин с молекулярной массой 6 тыс., вызывают иммунную реакцию.

Специфичность антигенов — это особенности, кото­рыми антигены отличаются друг от друга. Обусловлены они различиями в структуре молекул антигенов (напри­мер, последовательностью аминокислот в молекулах бел­ков, наличием боковых групп, разветвлений и т. п.).

Различают две основные формы иммунной защиты: гу­моральный иммунитет (защита от большинства бакте­риальных инфекций, нейтрализация бактериальных токси­нов и др.) и клеточный иммунитет (защита от большин­ства вирусных инфекций и некоторых бактериальных, например туберкулеза, бруцеллеза, туляремии, противо­опухолевая защита, отторжение чужеродных органов.

В организме высших животных и челове­ка имеются две относительно самостоятель­ные системы, обеспечивающие эти формы иммунной защиты: Т-система для осуществ­ления клеточного иммунитета и В-система для осуществления гуморального иммуни­тета.

Центральным органом - Т-системы являет­ся тимус (вилочковая железа), где форми­руются Т-лимфоциты — эффекторы клеточ­ного иммунитета. В-лимфоциты, осуществ­ляющие гуморальный иммунитет, образуют­ся в костном мозге).

Предшественником и Т- и В-лимфоцитов является лимфоидная стволовая клетка костного мозга (которая образуется из кро­ветворной стволовой клетки — родоначаль­ницы всех клеток крови и лимфы). Если лимфоидный предшественник остается в костном мозге (или мигрирует в сумку Фабрициуса, как это установлено у птиц), то через ряд последовательных делений он со­зревает до В-лимфоцита. Если стволовая лимфоидная клетка попадает в тимус, то под влиянием его гормонов созревает до Т-лимфоцита.

Макрофаги также ведут свое начало от «прародительницы» — кроветворной стволо­вой клетки, которая генерирует предше­ственника макрофага — кроветворную (не лимфоидную) клетку.

Как Т-лимфоциты, так и В-лимфоциты из генерирующих их органов поступают в кровь и заселяют периферические лимфоидные ор­ганы (селезенку, лимфатические узлы, пейе-ровы бляшки, расположенные в стенках тонкого кишечника).

Клетки фагоцитарной системы — макро­фаги, а также микрофагоциты крови — рас­пространены по всему организму: имеются в костном мозге, крови, соединительной тка­ни, печени, легких, нервной системе, поло­стях тела и др.

Эти три основных класса клеток — В-лимфоциты, Т-лимфоциты и макрофаги — определяют ход иммунного процесса. Они играют разные роли в иммунном ответе, отличаются по структуре и функциям.

В- лимфоциты — это клетки, характе­ризующиеся хорошо развитой эндоплазма-тической сетью, «шероховатой» клеточной мембраной, большим объемом цитоплазмы и сравнительно рыхлым ядром. Зрелые В-лимфоциты несут на мембране рецепторы-иммуноглобулины.

Антитела, или иммуноглобулины обладают свой­ством специфически связывать чужерод­ные вещества — антигены.

В настоящее время известны пять клас­сов иммуноглобулинов , которые обознача­ются условными символами G, М, А, Е и D. У всех этих белков единый принцип строе­ния: две тяжелые и две легкие цепи соеди­нены в единую четырехцепочечную молеку­лу. Каждая отдельная боковая цепь — как легкая, так и тяжелая — состоит из двух участков: константного (.постоянного) и ва­риабельного (изменчивого). У иммуноглобу­линов одного класса константные участки идентичны по количеству и последователь­ности аминокислот. Иммуноглобулины, от­носящиеся к разным классам, отличаются по аминокислотам константной части тяже­лых цепей.

Отличительное свойство иммуноглобули­нов — это ярко выраженная изменчивость их вариабельной части легких и тяжелых цепей, относящихся к одному и тому же классу. Предполагают, что у человека и млекопитающих может образоваться около 10⁴ различных по строению вариабельной части иммуноглобулинов одного класса. Это количество соответствует числу потенциаль­но возможных антигенов, с которыми может встретиться организм в течение жизни.

Изучение генетического контроля струк­туры антител выявило, что за синтез од­ной полипептидной цепи — тяжелой или легкой — ответственны два гена: ген, контролирующий вариабельный участок, и ген, контролирующий константный участок.

Способность к продукции иммуноглобули­нов приобретается не с первых дней жиз­ни. Новорожденный ребенок практически не имеет собственных иммуноглобулинов, а уровень их в сыворотке крови ребенка в основном обусловлен иммуноглобулинами, полученными от матери через плаценту. Со временем — в возрасте 12—14 недель — уровень иммуноглобулинов падает до мини­мума. Этим объясняется практическая не­защищенность новорожденных детей от ин­фекций, возникающих у них в этот период жизни.

Т- лимфоциты бедны цитоплазматической сетью, клеточная мембрана у них глад­кая, ядро компактное.

В результате дифференцировки Т-лимфоцитов также созревают Т-киллеры (убийцы).

Участвующие в разрушении чужеродных тканей (противоопухолевый и трансплантационный иммунитет), хелперы, или помощники (участвуют в ме­ханизмах формирования В-лимфоцитов) и Т-супрессоры – препятствуют развитию иммунного ответа.

При попадании в организм антигена как Т-, так и В-лимфоциты, обладающие ре­цепторами к данному антигену, после кон­такта с ним претерпевают ряд изменений, которые принято обозначать термином «ак­тивация».

Уже через несколько минут после стиму­ляции антигеном наступают изменения в клеточной мембране лимфоцитов, через несколько часов активируются их основные метаболические процессы: усиливаются гли­колиз, синтез белков и РНК- Лимфоцит увеличивается в размерах и приблизитель­но спустя 1 сутки после начала стиму­ляции приступает к митозу.

В – лимфоциты после нескольких делений превращаются в плазматические клетки и начинают секретировать иммуноглобулины соответствующего класса.

Т-лимфоциты интенсивно секретируют многочисленные медиаторы.

Медиаторы можно определить просто как группу веществ, ко­торые являются средством взаимодействия различных типов клеток, участвующих в им­мунном ответе. Эти вещества служат по­средником между иммунокомпетентными клетками в самых разнообразных ситуа­циях.

В результате стимуляции антигеном часть Т-лимфоцитов дифференцируется в Т-клетки памяти. Под иммунологической памятью понимают способность организма реагировать по вторичному типу, т. е. уско­ренно и усиленно при повторном введении того антигена, которым организм был имму­низирован ранее. Иммунологическая память сохраняется в течение многих месяцев, а для некоторых антигенов — много лет.

Наконец, необходимым компонентом для иммунного ответа являются макрофаги .

Участие макрофагов в иммунном процес­се многообразно. Макрофаги фагоцитируют антигенсодержащие микроорганизмы и, переваривая излишки антигена, регулируют тем самым интенсивность антигенного сти­мула. Макрофаги «представляют» антиген лимфоцитам. Суть этого важного процесса заключается в том, что макрофаг, перераба­тывая частицу, содержащую антиген, дово­дит его до активной молекулярной фор­мы, в результате чего значительно повы­шается иммуногенность антигена (в 100— 1000 раз) и он превращается в так назы­ваемый суперантиген, резко усиливающий иммунный ответ. Макрофаги взаимодейству­ют и с самими Т-лимфоцитами, и эта реак­ция является необходимым этапом для окон­чательного созревания Т-эффекторов и при­обретения ими способности накапливаться в больших количествах.

Следует подчеркнуть, что не всегда в ор­ганизме в ответ на стимуляцию антигеном развивается иммунная реакция. В оп­ределенных условиях (обычно при избытке антигена) в организме возникает иммуно­логическая толерантность. Классическим примером иммунологической толерантности является отсутствие иммун­ной реакции в организме в отношении антигенов собственных тканей и органов. Считается, что иммунологическая толерант­ность к собственным антигенам выработа­лась в процессе эмбриогенеза.

3.6. Биологические часы.

Большинство живых существ: люди, животные, рас­тения — обладает «приборами времени», позволяющи­ми им измерять прошедшие промежутки их жизни. «Живые часы» – это набор физиологических функций, которые во многих случаях осуществляются без нашего ведома, т.е. путём самоорганизации.

Для значительной части животных и растений био­логические ритмы задаются циклическими изменениями факторов окружающей среды. К таким очевидным фак­торам можно отнести суточные, лунно-приливные, лун­ные и годовые циклы. По этим вехам живые организмы проверяют свои собственные ритмы или внутренние ко­леблющиеся системы. Поэтому для многих обитателей суши и вод циферблатом служит огромное небо, а стрелками — солнечный луч. Пчелы способны видеть поляризованные лу­чи. Им только надо увидеть кусочек неба в щель или леток улья, чтобы определить, где находится на небе солнце и который час. Безошибочно чувствуют время козы, собаки, кошки и другие животные. Кому не известно, что собаки встре­чают точно в определенный час хозяина, возвращающе­гося с работы? Человеку почти не приходится пользоваться собст­венными биологическими часами. Но бывают ситуации, когда никаких часов, кроме биологических, у человека нет, а что-то нужно сделать в определенное время. На­пример, проснуться в заданный час, когда нет будиль­ника и разбудить некому. И он просыпается вовремя. Растения определяют время не хуже животных. Од­ноклеточные водоросли, например, светятся только пе­ред заходом солнца. А высшие растения в строго опре­деленный час закрывают или открывают лепестки сво­их цветков. Начинается утро, и заработали цветочные часы.

Механизм биологических часов невозможно рассмот­реть ни в какой микроскоп, потому что «маятником» их может служить молекула белка. Такой маятник колеб­лется очень часто. Если бы удалось увеличить его через микроскоп до такой степени, чтобы молекула белка была видна, то, кроме ее расплывчатого контура, мы ничего бы не увидели. Молекула похожа на звучащую струну. В каждой клетке колеблется не один, а миллионы мель­чайших маятников-молекул. Огромные бел­ковые молекулы в живых клетках по своему строению напоминают сложные пружины, которые раскручиваются и скручиваются в определенном ритме. Каждая цепочка, из которой состоит белковая пружина, несет на себе электрические заряды. Достаточно растянуть пружины, как эти заряды начнут вращаться, создавая магнитное поле с определенным расположением полюсов. А отпустишь ее, она сожмется, заряды и полюсы магнитного поля вернутся в исходное положение. Таким образом, уже при сжатии и растяжении белковой молекулы возникает пе­ременное магнитное поле. Значит, если бы около такой пружины был постоянный магнит, он способствовал бы ее ритмическим колебаниям. Но ведь такие магниты в живой клетке есть! Это атомы металлов, включенные в состав самой белковой молекулы, вернее, в особый центр. У них сильное постоянное магнитное поле. От них-то и отталкиваются белковые цепочки, совершая колебания.

Существует и другая точка зрения на молекулярный механизм биологических часов. Ее придерживается, на­пример, Чарльз Эрет, окончивший Парижский универси­тет, но долгое время работающий после этого в Аргониской лаборатории при Комиссии по атомной энергии США. Эрет разработал концепцию «хронона», соответственно которой первичным маятником биологических ча­сов служат ДНК, информационная РНК и связанные с ними реакции белкового синтеза. Последовательность реакций выполняет роль датчика ритмов в точном механизме отсчета времени, который в очень большом диапазоне не зависит от температуры.

Нет пока еще единого мнения среди ученых относи­тельно механизма, управляющего ходом биологических часов. Большинство ученых считают, что ходом биологических часов управляют механизмы, заложенные в самих живых клетках, а вот по мнению американского профес­сора Ф. Брауна, наоборот, регуляторами биологического времени служат космическое излучение, магнитное поле Земли и само движение в космическом пространстве Солнца, Земли и Луны. Опыты свои он проводил в полной темноте на кусочках картофеля, и показал, что дыхание этих кусочков зави­сит и меняется главным образом от вышеперечислен­ных внешних факторов.[6] Однако вернемся к нашим внутренним часам, ведь мы разобрали только, как ра­ботает их «маятник».

Как и у настоящих часов, где стрелки медленно пол­зут по циферблату, в часах, заключенных внутри нас, есть механизмы. Только в живых часах не три стрелки (если принимать во внима­ние и секундную, а значительно больше. Они показы­вают часовые, суточные, месячные, годовые ритмы, возможно, даже жизненные. А на уровне отдельных клеток минимальные временные ритмы, возможно, укорачива­ются до тысячных долей секунды.

Как же эти короткие временные ритмы передаются дальше? Где же в биологических часах второе «коле­сико»? Его можно рассмотреть в микроскоп, оно не так мало, как «маятник» живых часов. Роль этого коле­сика, по-видимому, выполняет ядро клетки. Часовым механизмом в ядре служит не генетический материал, а, скорее всего, ядерная оболочка.

Много еще в организме есть непонятных колеблющихся систем, о которых почти ничего не известно. На­пример, нейроны головного мозга окружены звездчатыми клетками, их называют астроглия. Так вот эти клетки со­вершают одно колебание в четыре минуты. Зачем такой ритм, что он отмеряет, может быть, это маятник месяч­ных, сезонных или годовых часов? Пока не известно.

О сезонных часах мы тоже почти ничего не знаем, кроме того, что они могут включать и выключать на опре­деленный сезон работу отдельных генов. Так, всем хо­рошо известно, что многие животные впадают в зимнюю спячку. Когда биологи посмотрели, что же происходит в организме спящих животных, то оказалось, что многие функции у них, вплоть до клеточных, выключены. Спит организм, и спят его клетки. Причем как спят! Ничем не разбудить. Вот возьмем, например, лягушку. Каждую зиму она, зарывшись в ил какого-нибудь пруда, пережи­вает тяжелые студеные времена. В это время ее клетки не делятся — они отключены. Проследим это на клетках хрусталика глаза. Переднюю часть линзы глаза покры­вает тонкая пленочка, на которой расположен только один слой клеток. Если этот монослой снять, то можно, как в кожице лука, наблюдать за клетками и их делением.

Люди, создавшие вокруг себя искусственный микроклимат в зимнее время, не утеряли полностью ни сезонные, ни суточные ритмы. Можно даже сказать — человек находится во власти су­точных ритмов. Более 40 физиологических процессов за­висит у нас от биологических часов. На протяжении суток у человека меняется температу­ра. Самым «горячим» он бывает в 18 часов, а самым «хо­лодным»— между 1—5 часами. Колебания температуры составляют у разных людей от 0,6 до 1,3° С. Примерно в том же ритме меняется у человека частота сердечных сокращений и кровяное давление, но в 13 часов и в 21 час оно наиболее низкое. Известно, что анализ крови делают утром. И это по­тому, что именно в эти часы кровоток наполняется моло­дыми эритроцитами, в крови максимум гемоглобина и сахара. Даже физические нагрузки человек по-разному переносит в течение суток. Самым «сильным» человек бывает с 8 часов. И сохраняет физическую активность до 12 дня, затем следует перерыв, когда человек как бы слабеет, с 12 до 14 часов, а затем с 14 до 17 часов к нему при­ходит новый прилив сил. Ночью — от 2 до 5 — человек наиболее «слаб». Существует целый ряд химических веществ, способных влиять на ход живых часов.

Ученые установили, что ве­щества, задерживающие образование информационной РНК, например антибиотик актиномицин-Д, влияют на ритмику фотосинтеза у водорослей. Спирт явно замедля­ет биологические часы, иногда суточные ритмы под его Влиянием сдвигаются на 5 часов. Сходно действуют па­паверин и наркотин, правда, замедление ритмов от этих веществ не столь велико, как от спирта. Зная это, человек может успешно управлять своей деятельностью.

Сама природа дала исследователю прибор, который позволяет следить за временем, протекающим в живой, клетке, не внедряясь внутрь ее и сильно не нарушая взаимосвязи с другими структурами. Прибор этот — процесс деления самой клетки, или митоз. Он позволяет следить за жизненным циклом клетки, касаясь ее толь­ко световым лучом. Воздействие, конечно, есть, но оно минимально по сравнению с другими методами. Можно проследить как идет деление клетки у млекопитаю­щих с самого начала развития.

На первый взгляд кажется несколько странным, что слон, человек, мышь и другие млекопитающие, так силь­но различающиеся по размерам и по продолжительности жизни, первые шаги на жизненном пути проделыва­ют с одинаковой скоростью. У всех развитие начинается с одной клетки. Вот и сравним, как оно идет у слона и мыши. Слон живет око­ло 60 лет, а мышь — 2—3 года. Эмбриональное разви­тие у мыши составляет 21 день, а у слона жизнь до рож­дения длится 660 дней, почти два года. Первые стадии развития у них начинаются с одинаковой скоростью, а как по-разному заканчиваются: слоненок только рожда­ется, а мышь к этому времени прожила почти всю свою жизнь. Может показаться, что биологическое время у мыши бежит быстрее, чем у слона, быстрее начинается деление клеток и развитие заканчивается раньше. Ока­зывается, это не так. И мышонок, и слоненок, если их на этой стадии можно так назвать, первые 7 дней раз­виваются без связи с материнским организмом через плаценту, и скорость клеточных делений при этом у них одинаковая. Но для слона 7 дней развития из 660 почти ничего не значат, а для мыши это треть всего развития в организме матери. Как надо сконцентрировать время, чтобы за оставшиеся две недели сформировался мышонок, способный жить самостоятельно, вне организ­ма матери? Почему же в первую неделю развития био­логическое время у зародышей мыши и слона идет с одинаковой скоростью?

Ученые выяснили этот вопрос. Оказалось, что в этот период у всех зародышей млекопитающих, за некото­рым исключением, куда, возможно, попадает человек, биологические часы работают без генной регуляции. Настрой ритмам задают механизмы, полученные еще по время созревания яйцеклетки, а новая программа, сложившаяся после оплодотворения, молчит.

А можно ли снять тормоз времени у взрослого организма и заставить его жить быстрее? Может быть, есть такие вещества, которые концентрируют биологическое время?

Вся опасность в этом случае заключается в нарушении биологических часов. Ускорение обмена веществ, деление клеток должны быть гармоничными по отношению ко всему организму, нельзя, чтобы какая-то часть; или орган обгоняли по ритмике остальные части орга­низма. Существуют способы, позволяющие ускорить обмен веществ и ритмику внутриклеточных систем за счет использования резервов, которые клетки сохраняют их в случаи опасности. Значит, если дать сигнал опасности, то клетки частично снимут временной тормоз и колебательные процессы в организме пойдут с большей ско­ростью. Для этого необходимо воздействовать на те или иные, которые регулируют скорость химических взаимо­действий огромных биомолекул внутри клетки.

Как же можно подать клетке сигнал опасности? В процессе эволюции в клетках выработался механизм, воспринимающий продукты распада, которые получают­ся от страдающих по соседству клеток как сигнал опас­ности. Обычно молекулы, сигнализирующие об опасно­сти, однотипны у разных организмов. Они образуют­ся из биомолекул, в первую очередь распадающихся при вредном для организма воздействии. Получив сиг­нал опасности, биологические часы частично освобож­дают клетки от генной и гормональной опеки, и клеточ­ные деления увеличиваются как у растений, так и у животных. Вот почему листья алоэ, находящиеся в холо­дильнике при 40С, содержат вещества, способные уско­рить клеточные деления и обмен веществ у других ор­ганизмов. Такие вещества, вырабатывающиеся в тканях животных и растений, подвергнутых неблагоприятному воздействию, назвали биогенными стимуляторами.

Современная биология продолжает стремительно накапливать экспериментальные данные, о том, что живые организмы обнаруживают такую степень устойчивости, какую вообще сложные структуры, состоящие из многих различных элементов, без сомнения, не могут иметь только на основании химических и физических законов. В этом перспектива науки.

Заключение.

В своем реферате мы рассматривали механизмы биологической самоорганизации как процессы свойственные любому живому организму. Мы попытались выделить некоторую, достаточно общую схему процессов самоорганизации, в общих чертах справедливую как для неживой материи, так для живого вещества и общества. В каждом процессе самоорганизации происходит непрерывное разрушение старых и возникновение новых структур, новых форм организации материи, обладающих новыми свойствами. Причём это качественно не те же самые образования. Они обладают новыми неповторимыми свойствами.

Рассмотренный механизм иммунитета на клеточном уровне позволил представить иммунную систему в целом.

Поскольку жизнь в современном обществе ускоряет темп своего развития, мы пытались найти ответы на вопросы можно ли снять тормоз времени у взрослого организма и заставить его жить быстрее? Может быть, есть такие вещества, которые концентрируют биологическое время? В процессе изучения литературы по данному вопросу нами сделан вывод об опасности нарушения биологических часов. Ускорение обмена веществ, деление клеток должны быть гармоничными по отношению ко всему организму, нельзя, чтобы какая-то часть; или орган обгоняли по ритмике остальные части орга­низма. Существуют способы, позволяющие ускорить обмен веществ и ритмику внутриклеточных систем за счет использования резервов, которые организм запасает на случай опасности для жизни организма.

Интерес представляет общность вопроса для многих наук и его перспективность. Она заключается том, что живые организмы обнаруживают такую степень устойчивости, какую вообще сложные структуры, состоящие из многих различных элементов, без сомнения, не могут иметь только на основании химических и физических законов. Это разрушило наши представления о всесильности генетического контроля процессов происходящих в живых организмах.

Работа в паре показала нам свои преимущества. В процессе работы мы научились согласовывать свои действия, планировать время, считаться с мнением друг друга. Тема показала взаимосвязь всего живого и неживого. Интернет показал свои широкие возможности по получению нужной информации.

Литература:

1. Alexandrova A.Y., Dugina V.B., Ivanova O.Y. et al. Scatter Factor Induces Segregation of Multicellular Cells into Several Discrete Motile Domains // Cell Motility and Cytoskeleton. 1998. Vol. 39. P. 147-158.

2.Васильев Ю.М. Социальное поведение нормальных клеток и антисоциальное поведение опухолевых клеток. Ч. 2. Клетки строят ткань // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. N 5. С.љ20-25.
3. Зубаиров Д.М. Как свертывается кровь // Соросовский Образовательный Журнал.1997.

4. Rodionov V.I., Borisy G.G. Self-centring Activity of Cytoplasm // Nature. 1997. Vol.386.P.170.
5. Симаков Ю.Г. Живые приборы. Издательство «Знание». Москва. 1986

6.Уорд Р. Живые часы. Мир,1974.

7. ref@erudition.ru

8. http://spkurdyumov.narod.ru/Zachidov11.htm

9. http://www.bibliopsy.ru/txt.php?ch=1142

Скачать архив с текстом документа