Навигация
Роль клетки в эволюции живого
25970
знаков
0
таблиц
2
изображения
3. Роль клетки в эволюции живого
Появление первой примитивной клетки стало началом биологической эволюции жизни на планете. Что послужило причиной возникновения именно живой клетки из неживого, до сих пор неизвестно, существует несколько гипотез, однако большинство из них говорит о том, что имел место некий доклеточный предок – протобионт, из которого впоследствии сформировалась древнейшая клетка. Механизм перехода от сложных органических веществ к простым живым организмам наукой пока не установлен. Теория биохимической эволюции, предложенная ученым А.И. Опариным в 20-х гг., предлагает лишь общую схему. В соответствии с ней между первичными сгустками органических веществ (коацерватов) могли выстраиваться молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей данным сгусткам стабильность. Именно с появлением мембраны можно говорить о рождении клетки – основной структурной единицы жизни, способной к росту и размножению. Очевидно, археклетка была отграничена от внешней среды двухслойной оболочкой (мембраной), обладала способностью всасывать через нее протоны, ионы и маленькие молекулы, а ее метаболизм основывался на низкомолекулярных углеродных соединениях. Для строения археклетки характерно наличие клеточного скелета, отвечавшего за целостность клетки, а также обеспечивавшего возможность ее деления.
Первыми возникшими на Земле одноклеточными организмами были примитивные бактерии, не обладавшие ядром – прокариоты. Они жили в безкислородной среде и питались готовыми органическими соединениями – веществами, синтезированными в процессе химической эволюции. Однако по мере наполнения атмосферы земли кислородом, многим бактериям пришлось приспособиться к кислородному дыханию – фотосинтезу, что явилось поворотом в эволюции живого. Фотосинтез ускорял биологический круговорот веществ и эволюцию живого в целом. Долго длившийся процесс перехода к фотосинтезу привел примерно 2,6 млрд. лет назад к возникновению первых, имеющих ядро организмов – эукариотов. Это были более совершенные организмы, в ядре которых были сконцентрированы хромосомы с ДНК, сама клетка воспроизводилась уже без серьёзных изменений.
Последующая эволюция эукариотов связана с разделением этих организмов на животные и растительные (примерно 2,6 млрд. – 570 млн. лет назад). Растительные клетки эволюционировали в сторону развития жесткой целлюлозной оболочки клеток и активного использования фотосинтеза, животные же клетки «выбрали» увеличение способности к передвижению, а также усовершенствовали способы поглощать и выделять продукты переработки пищи.
Следующими важными этапами в эволюции живого мира стало половое размножение (около 900 млн. лет назад) и появление многоклеточных организмов с телом, тканями и органами, выполняющими определённые функции (700–800 млн. лет назад). Это были губки, черви, членистоногие и т.п. К тому времени мировой океан уже заселяли водоросли.
Подводя итог, можно сказать, что именно выделение живой самостоятельной клетки из окружающей среды и стало толчком к началу эволюции жизни на земле и роль клетки в развитии всего живого является главенствующей.
4. Основные проблемы цитологии
Перед современной цитологией стоит ряд серьёзных задач, важнейших для общества. Если так и не решенный вопрос о происхождении жизни и выделении живой клетки из неживой среды относится к числу вопросов важных, но теоретических, то вопросы изучения злокачественных заболеваний и методов их лечения, использования стволовых клеток, клонирования являются на данный момент очень значимыми для человечества. Рост онкологических заболеваний, заболеваний крови ставит вопрос о возможности лечения этих болезней на клеточном уровне.
Одной из проблем, стоящей перед цитологией и генетикой является изучение раковых заболеваний, в которых происходит бесконтрольная мутация клеток организма и превращение их в опухолевые (раковые) клетки. Опухолевая клетка по многим биохимическим признакам отличается от нормальной. Её наиболее характерным отличительным свойством является способность к непрерывному делению, которое не подчиняется регуляторным сигналам организма. В результате деления из одной клетки образуются две, также способные к бесконтрольному делению, т.е. способность к нерегулируемому делению передается по наследству. Увеличение размера опухоли происходит за счет размножения исходной опухолевой клетки, а не превращения новых нормальных клеток в опухолевые. Отсюда следует, что из одной опухолевой клетки в организме может возникнуть опухолевой узел
Помимо способности к бесконтрольному росту, еще два свойства опухолей определяют их опасность для жизни организма: способность к инвазии – прорастанию опухоли в нормальные ткани, нарушающему их питание и функционирование, и метастазированию – способности злокачественного образования создавать новые узлы в отдаленных от первичной опухоли области организма.
Опухолевые клетки, в отличие от нормальных, плохо скреплены между собой. Отрываясь от основного узла, одиночные опухолевые клетки током крови или лимфы разносятся по всему организму. В некоторых органах они могут задержаться и начать делиться, что приведет к образованию новых опухолевых узлов, способных к инвазии, таким образом, даже если опухоль поражен не жизненно важный орган, то и в этом случае способность опухоли к метастазированию делает ее опасной для жизни.
Рак это с одной стороны генетическое заболевание, когда ломается заранее заданная программа клеточного деления и клетка переходит в режим безостановочного самовоспроизводства, а с другой стороны – иммунное заболевание, поскольку происходит нарушение координации в системе надзора за тем, чтобы клетки, нарушившие закон о строгом выполнении программы развития, уничтожались.
Другой важнейшей задачей цитологии является изучение стволовых клеток, особых клеток живых организмов, каждая из которых способна впоследствии изменяться (дифференцироваться) особым образом, то есть получать специализацию и далее развиваться как обычная клетка. Стволовые клетки способны асимметрично делиться, из-за чего при делении образуется клетка, подобная материнской (самовоспроизведение), а также новая клетка, которая способна дифференцироваться. Стволовые клетки размножаются путём деления, как и все остальные клетки. Отличие стволовых клеток состоит в том, что они могут делиться неограниченно, а зрелые клетки обычно имеют ограниченное количество циклов деления. Стволовые клетки могут давать начало любым клеткам организма – и кожным, и нервным, и клеткам крови. Стволовых клеток в нашем организме очень мало: у эмбриона – 1 клетка на 10 тысяч, у человека в 60–80 лет – 1 клетка на 5–8 миллионов.
Стволовые клетки успешно применяются в лечении лейкозов, онкологических заболеваний, например трансплантация костного мозга является по сути, введением стволовых клеток. Также стволовые клетки применяются в косметических целях, способствуя омоложению организма.
В 1999 году журнал «Science» признал открытие эмбриональных стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека». Изучение стволовых клеток считается очень перспективным в современной науке. Тем более странным воспринимается ученым миром запрет, наложенный на финансирование программ изучения стволовых клеток, президентом США Джорджем Бушем – младшим. Мотивировался этот запрет этическими соображениями, так как для получения стволовых клеток используются эмбрионы (развитие эмбриона останавливается в течение 14 дней, а сам эмбрион используется как продукт для получения стволовых клеток). Новоизбранный президент США Барак Обама обещал снять этот запрет, назвав это «важным шагом в развитии науки».
Клонирование будоражит умы ученых последние два десятка лет. По принятому в науке определению, клонирование – это точное воспроизведение того или иного живого объекта в каком-то количестве копий. Вполне естественно, что все воспроизведенные копии должны обладать идентичной наследственной информацией, т.е. нести одинаковый набор генов.
Термин «клонирование» стремительно вошел в широкий лексикон в 1997-м году, когда специалисты Рослинского института в Шотландии сообщили и существовании овечки Долли, появившейся на свет методом бесполого размножения. Кейт Кемпбелл и его сотрудники брали клетки из грудной железы шестилетней беременной овцы (в таком случае эти клетки лучше могут делиться), извлекали из полученной культуры ядра и внедряли их в предварительно очищенные от собственных ядер яйцеклетки других овечек.
Из 236 опытов успешным оказался лишь один, в результате которого и родилась овечка Долли, несущая генетический материал той самой взрослой овцы. После этого Вильмут заявил, что технически можно осуществить и клонирование человека, хотя в этом случае, как уже отмечалось, возникают моральные, этические и юридические проблемы, связанные с манипуляциями над эмбрионами человека.
Некоторые ученые считают, что фактически невозможно возвратить изменившиеся ядра соматических клеток в исходное состояние, чтобы они могли обеспечить нормальное развитие той яйцеклетки, в которую их трансплантировали, и на выходе дать точную копию донора. Но даже если все проблемы удастся решить и все трудности преодолеть (хотя это мало вероятно), клонирование человека нельзя считать научно обоснованным. Невозможность достичь стопроцентной чистоты опыта обуславливает некоторую неидентичность клонов, по этой причине снижается практическая ценность клонирования.
Клонирование человека поднимает ряд серьёзных этических, морально-нравственных и религиозных проблем. Опасения вызывают такие моменты, как большой процент неудач при клонировании и связанные с этим возможности появления людей-уродов. А также вопросы отцовства, материнства, наследования, брака и многие другие. С точки зрения некоторых религий клонирование человека является или проблематичным актом или актом, выходящим за рамки вероучения и требующим чёткого обоснования той или иной позиции церковных иерархов.
19 февраля 2005 г. Организация Объединённых Наций призвала страны-члены ООН принять законодательные акты, запрещающие все формы клонирования, так как они «противоречат достоинству человека» и выступают против «защиты человеческой жизни». Декларация ООН о клонировании человека, принятая резолюцией №59/280 Генеральной Ассамблеи от 8 марта 2005 г., содержит призыв к государствам-членам запретить все формы клонирования людей в такой мере, в какой они несовместимы с человеческим достоинством и защитой человеческой жизни. Во многих странах мира установлена уголовная ответственность за попытки клонирования человека.
В то же время значительных успехов клеточная инженерия достигла в клонировании растений. Культивирование растительных клеток и тканей позволяет успешно выводить новые сорта растений, цветов и плодовых культур, а также воспроизводить удачные сорта. Перспективно также воспроизводство лекарственных средств, выделяемых из растений.
Заключение
За последние 50 лет цитология из описательной превратилась в экспериментальную науку, ставящую перед собой задачи изучения физиологии клетки, ее основных жизненных функций и свойств, ее биологии. Другими словами, современная цитология – это физиология клетки, она совместно с генетикой изучает жизнедеятельность и поведение клетки при различных обстоятельствах.
Успехи современной биологии привели к революционным технологическим изменениям в медицине, сельском хозяйстве и промышленности. Научные открытия в области современной биологии настолько поразительны, что то, что казалось невозможным вчера, становится явью сегодня, например клонирование. Однако ряд неразрешённых этических вопросов, связанных с использованием эмбриональных клеток, клонированием и другими направлениями современной биологии, во многом тормозит развитие цитологии и смежных с нею наук.
Несмотря на то, что многие открытия биологии уже давно используются в практической жизни, скорее всего, наиболее значимые открытия в этой сфере еще впереди, также как и уже полученные данные приобретут вид реально работающих разработок еще через годы. Молекулярная биология, включающая в себя цитологию и генетику, является на данный момент одной из самых перспективных наук, сулящей человечеству огромные возможности
Список использованной литературы
1. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов./ под ред. Л.А. Михайлова – СПб.: Питер, 2008
2. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. Карпенков С.Х. – М.: Академический Проект, 2000. Изд. 2-е, испр. и доп. – 639 с.
3. Ченцов Ю.С. Общая цитология (Введение в биологию клетки). М.: Изд-во МГУ, 1995. 3-е изд.
4. Концепции современного естествознания: Учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям и специальностям экономики и управления / А.П. Садохин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006.
5. http://www.wikipedia.org
Похожие работы
... изменении химических свойств элементов и их соединений. Формой отображения Периодического закона является таблица - периодическая система химическмх элементов. 2. Космологические модели вселенной Космология – это раздел астрономии, изучающий Вселенную как целое и включающий в себя учение о строении и эволюции всей охваченной астрономическими наблюдениями части вселенной. Более полутора ...
и биологии сейчас нет ничего более настоятельного, нежели тотальная расшифровка нуклеотидного состава ДНК, что это напрямую может решить главные загадки и проблемы генетики и биологии Глава 1. Предмет генетики 1.1. Современные представления о гене Подобно тому, что в физике элементарными единицами вещества являются атомы, в генетике элементарными дискретными единицами наследственности и ...
... , в нервных клетках возникает слабый электрический сигнал – нервный импульс, который может распространяться по клеточным мембранам. Роль органических соединений в осуществлении функций клетки. Главная роль в осуществлении функций клетки принадлежит органическим соединениям. Среди них наибольшее значение имеют белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Белки. Белки представляют собой ...
... 0,05 - 0,10 Кальций Магний Натрий Железо Цинк Медь Йод Фтор 0,04 - 2,00 0,02 - 0,03 0,02 - 0,03 0,01 - 0,015 0,0003 0,0002 0,0001 0,0001 Содержание в клетке химических соединений Соединения (в %) Неорганические Органические Вода Неорганические вещества 70 - 80 1,0 - 1,5 Белки Углеводы Жиры Нуклеиновые кислоты 10 - 20 0,2 ...
0 комментариев