Реферат: Достижение современного естествознания в биологии

Министерство образования РФ

Саратовский Государственный университет

имени Н.Г.Чернышевского

Реферат по предмету

Концепции современного естествознания

На тему:

«Достижение современного

естествознания в биологии»

Выполнила: студентка 1 курса до

Ф-та Экономической теории

отд. Национальной экономики

Бусыгина О.А.

Проверил преподаватель:

<img src="/cache/referats/25420/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1055">                                                          

Саратов, 2007

Содержание:

 TOC o «1-3» h z u ИДЕЯ ЭВОЛЮЦИИ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ… PAGEREF _Toc164275678 h 3

Теория Ч.Дарвина… PAGEREF _Toc164275679 h 7

ЗАКОНЫНАСЛЕДСТВЕННОСТИ… PAGEREF _Toc164275680 h 8

РАЗВИТИЕ ЭКОСИСТЕМ… PAGEREF _Toc164275681 h 9

АНТРОПОЛОГИЯ КАКНАУКА… PAGEREF _Toc164275682 h 11

НОСИТЕЛЬГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ… PAGEREF _Toc164275683 h 12

Структура ДНК… PAGEREF _Toc164275684 h 12

Генетические свойства. PAGEREF _Toc164275685 h 14

СОВРЕМЕННЫЕБИОТЕХНОЛОГИИ… PAGEREF _Toc164275686 h 15

ГЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ… PAGEREF _Toc164275687 h 16

ПРОБЛЕМА КЛОНИРОВАНИЯ… PAGEREF _Toc164275688 h 18

Заключение. PAGEREF _Toc164275689 h 21

Списокиспользованной литературы:PAGEREF _Toc164275690 h 22

ИДЕЯ ЭВОЛЮЦИИ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ

 Идея эволюции живой природы возникла в Новоевремя как противопоставление креационизму (от лат. «созидание») — учению о сотворении мира богом из ничего и неизменности созданного творцоммира. Креацианизм как мировоззрение сложился в эпоху поздней античности и вСредневековье и занял господствующие позиции в культуре.

Фундаментальнуюроль в мировоззрении того времени играли также идеи телеологии — учения, покоторому все в природе устроено целесообразно и всякое развитие являетсяосуществлением заранее предопределенных целей. Телеология приписывает процессами явлениям природы цели, которые или устанавливаются богом (Х.Вольф), илиявляются внутренними причинами природы (Аристотель, Лейбниц).

Впреодолении идей креационизма и телеологии важную роль сыграла концепцияограниченной изменчивости видов в пределах относительно узких подразделений (отодного единого предка) под влиянием среды — трансформизм. Эту концепцию вразвернутой форме сформулировал выдающийся естество­испытатель 18 века ЖоржБюффон в своем 36-томном труде «Естественная история».

Трансформизмв основе своей имеет представления об изменении и прев­ращении органическихформ, происхождении одних организмов от других. Среди естествоиспытателей ифилософов-трансформистов 17 и 18 веков наиболее известны также Р.Гук,Ж.Ламетри, Д.Дидро, Э.Дарвин, И.Гете, Э.Сент-Илер. Все трансформисты признавалиизменяемость видов организмов под действием изменений окружающей среды.

Встановлении идеи эволюции органического мира существенную роль сыграласистематика — биологическая наука о разнообразии всех существующих и вымершихорганизмов, о взаимоотношениях и родственных связях между их различнымигруппами (таксонами). Основными задачами систематики являются определение путемсравнения специфических особенностей каждого вида и каждого таксона болеевысокого ранга, выяснение общих свойств у тех или иных таксонов. Основы систематикизаложены в трудах Дж. Рея (1693) и К. Линнея (1735).

Шведскийестествоиспытатель 18 века Карл Линней впервые последовательно применилбинарную номенклатуру и построил наиболее удачную искусственную классификациюрастений и животных.

В 1751 годувышла его книга «Философия ботаники», в которой К.Линней писал:" Искусственная система служит только до тех пор, пока не найденаестественная. Первая учит только распознавать растения. Вторая научит наспознавать природу самого растения". И далее: «Естественный метод естьпоследняя цель ботаники».

То, чтоЛинней называет «естественным методом», есть по сути некотораяфундаментальная теория живого. Заслуга Линнея в том, что через созданиеискусственной системы он подвел биологию к необходимости рассмотрения колоссальногоэмпирического материала с позиций общих теоретических принципов.

Большуюроль в становлении и развитии идеи эволюции живой природы сыграла эмбриология,для которой в Новое время было характерно противостояние преформизма иэпигенеза.

Преформизм- от лат. «предобразую» — учение о наличии в половых клеткахматериальных структур, предопределяющих развитие зародыша и признаки развивающегосяиз него организма.

Преформизмвозник на базе господствовавшего в 17-18 веках представления о преформации, согласнокоторому сформировавшийся организм якобы предобразован в яйце (овисты) илисперматозоиде (анималькулисты). Преформисты (Ш.Бонне, А. Галлер и др) считали,что проблема эмбрионального развития должна получить свое разрешение с позицийвсеобщих принципов бытия, постигаемых исключительно разумом, без эмпирическихисследований.

Эпигенез — это учение, согласно которому в процессе зародышевого развития происходитпостепенное и последовательное новообразование органов и частей зародыша избесструктурной субстанции оплодотворенного яйца.

Эпигенезкак учение сложился в 17-18 веках в борьбе с преформизмом. Эпигенетическиепредставления развивали У.Гарвей, Ж.Бюффон, К.Ф.Вольф. Эпигенетики отказалисьот идеи божественного творения живого и подошли к научной постановке проблемыпроисхождения жизни.

Такимобразом, в 17-18 веках возникала идея исторических изменений наследственныхпризнаков организмов, необратимого исторического развития живой природы — идеяэволюции органического мира.

Эволюция — от лат. «развертывание» — историческое развитие природы. В ходеэволюции, во-первых, возникают новые виды, т.е. увеличивается разнообразие форморганизмов. Во-вторых, организмы адаптируются, т.е. приспосабливаются кизменениям условий внешней среды. В-третьих, в результате эволюции постепенноповышается общий уровень организации живых существ: они усложняются исовершенствуются.

Переход отпредставления о трансформации видов к идее эволюции, исторического развитиявидов предполагал, во-первых, рассмотрение процесса образования видов в егоистории, учет конструктивной роли фактора времени в историческом развитииорганизмов, а во-вторых, развитие идей о возникновении качественно нового втаком историческом процессе. Переход от трансформизма к эволюционизму вбиологии произошел на рубеже 18-19 веков.

Первыеэволюционные теории были созданы двумя великими учеными 19 века — Ж.Ламарком иЧ.Дарвином.

Жан БатистЛамарк и Чарльз Роберт Дарвин создали эволюционные теории, которыепротивоположны по строю, характеру аргументации, основным выводам. Ихисторические судьбы также сложились по-разному. Теория Ламарка не получилаширокого признания современников, в то время как теория Дарвина стала основойэволюционного учения. В настоящее время и дарвинизм, и ламаркизм продолжаютоказывать влияние на научные концепции, хотя и по-разному.

В 1809 годувышла книга Ламарка «Философия зоологии», в которой была изложенапервая целостная теория эволюции органического мира.

Ламарк вэтой книге дал ответы на вопросы, стоящие перед эволюционной теорией, путемлогических выводов из некоторых принятых им постулатов. Он впервые выделил двасамых общих направления эволюции: восходящее развитие от простейших форм жизнико все более сложным и совершенным и формирование у организмов приспособлений взависимости от изменений внешней среды (развитие «по вертикали» и«по горизонтали»). Ламарк был одним из первых естествоиспытателей,которые развили идею эволюции органического мира до уровня теории.

Ламарквключил в свое учение качественно новое понимание роли среды в развитииорганических форм, трактуя внешнюю среду как важный фактор, условие эволюции.

Ламаркполагал, что историческое развитие организмов имеет не случайный, азакономерный характер и происходит в направлении постепенного и неуклонногосовершенствования. Ламарк назвал это повышение общего уровня организацииградацией.

Движущейсилой градаций Ламарк считал «стремление природы к прогрессу»,«стремление к совершенствованию», изначально прсущее всем организмами заложенное в них Творцом. При этом организмы способны целесообразнореагировать на любые изменения внешних условий, приспосабливаться к условиямвнешней среды. Это положение Ламарк конкретизировал в двух законах:

1) активноиспользуемый орган усиленно развивается, а ненужный исчезает;

2) изменения,приобретенные организмами при активном использовании одних органов инеиспользовании других, сохраняются у потомства.

Роль средыв эволюции организмов по-разному рассматривается разными направлениямиэволюционного учения.

Длянаправлений в эволюционном учении, которые рассматривают историческое развитиеживой природы как прямое приспособление организмов к среде обитания,используется общее название — эктогенез (от греч. слов «вне, снаружи»и «возникновение, образование»). Сторонники эктогенеза рассматриваютэволюцию как процесс прямого приспособления организмов к среде и простогосуммирования изменений, приобретаемых организмами под воздействием среды.

Учения,обясняющие эволюцию организмов действием только внутренних нематериальныхфакторов («принципом совершенствования», «силой роста» идр.), объединяются общим названием — автогенез.

Эти учениярассматривают эволюцию живой природы как процесс, независимый от внешнихусловий, направляемый и регулируемый внутренними факторами. Автогенез противоположенэктогенезу.

Автогенезблизок витализму — совокупности течений в биологии, согласно которым жизненныеявления объясняются присутствием в организмах нематериальной сверхъестественнойсилы («жизненная сила», «душа», «энтелехия»,«архей»), управляющей этими явлениями. Витализм- от лат.«жизненный» — объясняет жизненные явления действием особогонематериального начала.

По-своемуидея эволюции органического мира развивалась в теории катастроф.

Французскийбиолог Жорж Кювье (1769-1832) писал:

«Жизньне раз потрясала на нашей земле страшными событиями. Бесчисленные живыесущества становились жертвой катастроф: одни, обитатели суши, были поглощаемыпотопами, другие, населявшие недра вод, оказывались на суше вместе с внезапноприподнятым дном моря, сами их расы навеки исчезали, оставив на свете лишьнемногие остатки, едва различимые для натуралистов».

Развиваятакие взгляды, Кювье стал основателем теории катастроф — концепции, в которойидея биологической эволюции выступила как производная от более общей идеиразвития глобальных геологических процессов.

Теориякатастроф (катастрофизм) исходит из представлений о единстве геологических и биологическихаспектов эволюции.

В теориикатастроф прогресс органических форм оъясняется через признание неизменяемости отдельныхбиологических видов.

Противучения катастрофизма выступили сторонники другой концепции эволюции, которыетакже ориентировались преимущественно на геологическую проблематику, ноисходили из представлений о тождественности современных и древних геологическихпроцессов — концепции униформизма.

Униформизмскладывался под влиянием успехов классической механики, прежде всего небесноймеханики, галактической астрономии, представлений о бесконечности ибезграничности природы в пространстве и времени. В 18-первой половине 19 векаконцепцию униформизма разработали Дж. Геттон, Ч. Лайель, М.В.Ломоносов, К.Гоффи др. Эта концепция опирается на представления об однообразии и непрерывностизаконов природы, их неизменности на протяжении истории Земли; отсутствии всяческихпереворотов и скачков в истории Земли; суммировании мелких отклонений в течениебольших периодов времени; потенциальной обратимости явлений и отрицаниипрогресса в развитии.

ТеорияЧ.Дарвина

ЧарльзДарвин в своем основном труде «Происхождение видов путем естественногоотбора» (1859), обобщив эмпирический материал современной ему биологии иселекционной практики, использовав результаты собственных наблюдений во времяпутешествий, кругосветного плавания на корабле «Бигль», раскрыл основныефакторы эволюции органического мира. В книге «Изменение домашних животныхи культурных растений» (т.1-2, 1868) он изложил дополнительный фактическийматериал к основному труду. В книге «Происхождение человека и половойотбор» (1871) выдвинул гипотезу происхождения человека отобезьяноподобного предка.

В основетеории Дарвина — свойство организмов повторять в ряду поколений сходные типыобмена веществ и индивидуального развития в целом — свойство наследственности.

Наследственностьвместе с изменчивостью обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни илежит в основе эволюции живой природы.

Одно изосновных понятий своей теории эволюции — понятие «борьба засуществование» — Дарвин употреблял для обозначения отношений междуорганизмами, а также отношений между организмами и абиотическими условиями,приводящих к гибели менее приспособленных и выживанию более приспособленныхособей.

Понятие«борьба за существование» отражает те факты, что каждый видпроизводит больше особей, чем их доживает до взрослого состояния, и что каждаяособь в течение своей жизнедеятельности вступает в множество отношений сбиотическими и абиотическими факторами среды.

Дарвинвыделил две основные формы изменчивости:
     — определенную изменчивость — способность всех особейодного и того же вида в определенных условиях внешней среды одинаковым образомреагировать на эти условия (климат, почву);

  — неопределенную изменчивость, характер которой не соответствует изменениямвнешних условий.

Всовременной терминологии неопределенная изменчивость называется мутацией.

Мутация — неопределенная изменчивость в отличие от определенной носит наследственныйхарактер. По Дарвину, незначительные изменения в первом поколении усиливаются впоследующих. Дарвин подчеркивал, что решающую роль в эволюции играет именнонеопределенная изменчивость. Она связана обычно с вредными и нейтральнымимутациями, но возможны и такие мутации, которые оказываюся перспективными.

Неизбежнымрезультатом борьбы за существование и наследственной изменчивости организмов,по Дарвину, является процесс выживания и воспроизведения организмов, наиболееприспособленных к условиям среды, и гибели в ходе эволюции неприспособленных — естественный отбор.

Механизместественного отбора в природе действует аналогично селекционерам, т.е. складываетнезначительные и неопределенные индивидуальные различия и формирует из них уорганизмов необходимые приспособления, а также межвидовые различия. Этотмеханизм выбраковывает ненужные формы и образовывает новые виды.

Во временаДарвина наследственность представляли как некое общее свойство организма,присущее ему как целому. В связи с этим шотландский инженер Флеминг Дженкинвошел в историю биологии, выдвинув возражения против теории Дарвина. Он считал,что новые полезные признаки некоторых особей данного вида должны быстроисчезнуть при скрещивании с другими, более многочисленными особями.
Возражения Дженкина сам Дарвин считал очень серьезным, окрестив «кошмаромДженкина». Эти возражения были опровергнуты только когда стало ясно, чтоаппарат наследственности сформирован отдельными структурными и функциональнымиединицами — генами.

ЗАКОНЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

В 1865 годубыли опубликованы результаты работ по гибридизации сортов гороха, где былиоткрыты важнейшие законы наследственности. Автор этих работ — чешскийисследователь Грегор Мендель показал, что признаки организмов определяютсядискретными наследственными факторами. Однако эти работы оставались практическинеизвестными почти 35 лет — с 1865 по 1900.

В 1900 годузаконы Менделя были переоткрыты независимо сразу тремя учеными — Г. де Фризом вГолландии, К.Корренсом в Германии и Э.Чермаком в Австрии.
Итак, дискретные наследственные задатки были открыты в 1865 году Менделем. В1909 датский ученый В. Иогансен назвал их генами (от греч. слова«происхождение»). К настоящему времени установлено, что ген — единицанаследственного материала, ответственная за формирование какого-либоэлементарного признака, т.е. единица наследственной информации — представляетсобой участок молекулы ДНК (или РНК у некоторых вирусов) хромосомы.

Хромосомы — это структурные элементы ядра клетки, которые состоят из молекулы ДНК и белков,содержат набор генов с заключенной в них наследственной информацией. Хромосомнаятеория наследственности, разработанная в 1910-1915 годах в трудах А.Вейсмана,Т.Моргана, А. Стертеванта, Г.Дж. Меллера и др., утверждает, что передачапризнаков и свойств организма от поколения к поколению (наследственность)осуществляется в основном через хромосомы, в которых расположены гены.

В 1944 годуамериканскими биохимиками (О.Эвери и др.) было установлено, что носителемсвойства наследственности является ДНК. С этого времени началось быстроеразвитие науки, исследующей основные проявления жизни на молекулярном уровне.Тогда же впервые появился новый термин для обозначения этой науки — молекулярная биология.

Молекулярнаябиология исследует, каким образом и в какой мере рост и развитие организмов,хранение и передача наследственной информации, превращение энергии в живыхклетках и другие явления обусловлены структурой и свойствами биологическиважных молекул (главным образом белков и нуклеиновых кислот).

В 1953 годубыла расшифрована структура ДНК (Ф.Крик, Д.Уотсон). Расшифровка структуры ДНКпоказала, что молекула ДНК состоит из двух комплементарных полинуклеотидныхцепей, каждая из которых выступает в качестве матрицы для синтеза новыханалогичных цепей. Свойство удвоения ДНК обеспечивает явление наследственности.

Расшифровкаструктуры ДНК была революцией в молекулярной биологии, которая открыла периодважнейших открытий, общее направление которых — выработка представлений осущности жизни, о природе наследственности, изменчивости, обмена веществ и др.

Всоответствии с молекулярной биологией, белки — это очень сложные макромолекулы,структурными элементами которых являются аминокислоты. Структура белка задаетсяпоследовательностью образующих его аминокислот. При этом из 100 известных ворганической химии аминокислот в образовании белков всех организмовиспользуется только двадцать. До сих пор не ясно, почему именно эти 20аминокислот синтезируют белки органического мира. Вообще, в любом существе,живущем на Земле, присутствуют 20 аминокислот, 5 оснований, 2 углевода и 1фосфат.

РАЗВИТИЕ ЭКОСИСТЕМ

Основаниемвсем системы современной эволюционной биологии выступает синтетическая теорияэволюции, принципиальные положения которой были заложены работамиС.С.Четверикова, Р.Фишера, С.Райта, Дж.Холдейна, Н.П.Дубинина и др.

Элементарнойклеточкой синтетической теории эволюции является популяция — совокупностьособей одного вида, длительно занимающая определенное пространство ивоспроизводящая себя в течение большого числа поколений. Элементарной единицейнаследственности выступает ген. Наследственное изменение популяции в каком-либоопределенном направлении осуществляется под воздействием таких эволюционныхфакторов, как мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естественныйотбор.

Такимобразом, в синтетической теории эволюции на первый план выступает не оногенез — совокупность преобразований, происходящих в организме от зарождения до концажизни, т.е. индивидуальное развитие организма, а развитие популяций.

Онтогенетическийуровень организации жизни на Земле связан с жизнедеятельностью отдельныхбиологических особей, дискретных индивидуумов, а популяционный уровень надындивидуален.

Популяция-это совокупность особей одного вида, населяющих определенную территорию, болееили менее изолированную от соседних совокупностей того же вида.

Виды — этосистемы популяций. Популяции и виды как надындивидуальные образования способнык существованию в течение длительного времени и к самостоятельномуэволюционному развитию.

Популяции — это генетические открытые системы, т.к. особи из разных популяций иногдаскрещиваются. Виды являются наименьшими генетически закрытыми системами.Совокупностьсовместно обитающих популяций разных видов живых организмов называетсябиоценозом.

Биоценоз — совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих участоксреды с более или менее однородными условиями существования и характеризующихсяопределенными взаимосвязями между собой и приспособленностью к условиямокружающей среды (например, биоценоз озера, леса и т.д.). Совокупность растенийна участке с одинаковыми природными условиями, которые взаимодействуют друг сдругом и со своим окружением, называется фитоценозом или растительнымсообществом. Растительное сообщество (фитоценоз) — совокупность видов растенийна однородном участке, находящихся в сложных взаимоотношениях между собой и сусловиями окружающей среды (лес, степь, луг и т.д.). Фитоценоз характеризуетсяопределенным видовым составом, строением и сложением. Фитоценоз — это частьбиоценоза.

Биоценозывходят в качестве составных частей в еще более сложные системы, представляющиесобой взаимообусловленный комплекс живых и абиотических компонентов, связанныхмежду собой обменом веществ и энергией — в биогеоценозы.

Биогеоценоз- это однородный участок земной поверхности с определенным составом живых(биоценоз) и абиотических косных (приземной слой атмосферы, солнечная энергия,почва и др.) компонентов и динамическим взаимодействием между ними (обменомвеществ и энергии). Термин предложил В.М.Сукачев (<st1:metricconverter ProductID=«1940 г» w:st=«on»>1940 г</st1:metricconverter>). Иногда этот терминупотребляется как синоним экосистемы. Раздел биологии, изучающий экологическиесистемы (биоценозы, биогеоценозы), называется биогеоценология.

В развитииэкосистем большую роль играют организмы, способные самостоятельно синтезироватьорганическое вещество из неорганических соединений. Эти организмы называютсяавтотрофами.

Автотрофы — это организмы, синтезирующие из неорганических веществ (главным образом воды,двуокиси углерода, неорганических соединений азота) все необходимые для жизниорганические вещества, используя энергию фотосинтеза (все зеленые растения — фототрофы) или хемосинтеза (некоторые бактерии — хемотрофы).

Автотрофыслужат первичной биотической основой для сложения биогеоценозов.

Организмы,использующие для питания органические вещества, произведенные другимиорганизмами, называются гетеротрофами. К гетеротрофным организмам относитсячеловек, все животные, грибы, большинство бактерий, вирусов.

Автотрофныерастения и микроорганизмы представляют жизненную среду для гетеротрофов.Складывается биогеоценотический комплекс, который может существовать веками.

Пространство,включающее околоземную атмосферу и наружную оболочку Земли, освоенное живымиорганизмами и находящееся под влиянием их жизнедеятельности, называетсябиосферой.

БиосфераЗемли образуется всей совокупностью биогеоценозов, связанных между собойкруговоротом веществ и энергии. Она представляет собой область активной жизни,охватывающую нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Вбиосфере живые организмы и среда их обитания органически связаны ивзаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. Термин«биосфера» введен в <st1:metricconverter ProductID=«1875 г» w:st=«on»>1875 г</st1:metricconverter>. Э.Зюссом. Учение о биосфере как об активной оболочкеЗемли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в том числечеловека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба изначения, создал В.И.Вернадский (<st1:metricconverter ProductID=«1926 г» w:st=«on»>1926 г</st1:metricconverter>.).

АНТРОПОЛОГИЯ КАК НАУКА

Наука опроисхождении и эволюции человека, образовании человеческих рас и о нормальныхвариациях физического строения человека называется антропологией.

Антропологиякак самостоятельная наука сформировалась в середине XIX века. Основные разделыантропологии: морфология человека, учение об антропогенезе, расоведение.

Процессисторико-эволюционного формирования физического типа человека, первоначальногоразвития его трудовой деятельности, речи, а также общества называется антропогенезомили антропосоциогенезом.

Проблемыантропогенеза стали изучаться в XVIII веке. До этого времени господствовалопредставление, что человек и народы всегда были и являются такими, как ихсоздал творец. Однако постепенно в науке, культуре, общественном сознанииутверждалась идея развития, эволюции, в том числе и применительно к человеку иобществу.

Однако дажеЛамарк не решался довести до логического завершения идею эволюции животных ичеловека и отрицать роль бога в происхождении человека (в своей «Философиизоологии» он писал об ином происхождении человека, чем только лишь отживотных).

Революционнуюроль в учении об антропогенезе сыграли идеи Дарвина. Он писал: «Тот, ктоне смотрит, подобно дикарю, на явления природы как на нечто бессвязное, неможет больше думать, чтобы человек был плодом отдельного акта творения».

Человекодновременно и биологическое существо, и социальное, поэтому антропогенезнеотрывно связан с социогенезом, представляя собой по сути единый процессантропосоциогенеза.

НОСИТЕЛЬ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ   Структура ДНК

Хранениеи передачу наследственной информации в живых организмахобеспечивают природные органические полимеры — нуклеиновые кислоты. Различаютих две разновидности — дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК)и рибонуклеиновую кислоту (РНК). В состав ДНК входят азотистыеоснования (аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т),цитозин (Ц)), дезоксирибоза С5Н10О4 иостаток фосфорной кислоты. В состав РНК вместо тимина входит урацил (У), авместо дезоксирибозы — рибоза (С5Н10О5). Мономерами ДНК и РНК являются нуклеотиды,которые состоят из азотистых, пуриновых (аденин и гуанин) ипиримидиновых (урацил, тимин и цитозин) оснований, остатка фосфорной кислоты иуглеводов (рибозы и дезоксирибозы).

Молекулы ДНК содержатся в хромосомах ядра клетки живых организмов,в эквивалентных структурах митохондрий, хлоропластов, в прокариотныхклетках и во многих вирусах. По своей структуре молекула ДНК похожа на двойнуюспираль. Структурная модель ДНК в
виде двойной спирали впервые предложена в <st1:metricconverter ProductID=«1953 г» w:st=«on»>1953 г</st1:metricconverter>. американским биохимикомДж. Уотсоном (р. 1928) и английским биофизиком и генетиком Ф.Криком (р. 1916), удостоенными вместе с английским биофизиком М.Уилкинсоном (р. 1916), получившим рентгенограмму ДНК, Нобелевскойпремии <st1:metricconverter ProductID=«1962 г» w:st=«on»>1962 г</st1:metricconverter>. 

Нуклеотидысоединяются в цепь посредством ковалентнйх связей. Образованныетаким образом цепи нуклеотидов объединяется в одну молекулуДНК по всей длине водородными связями: адениновый нуклео-тидодной цепи соединяется с тиминовым нуклеотидом другой цепи, а гуаниновый— с цитозиновым. При этом аденин всегда распознает только тимин исвязывается с ним и наоборот. Подобную пару образуют гуанин и цитозин. Такиепары оснований, как и нуклеотиды, называются комплементарными, асам принцип формирования двухцепочной молекулы ДНК — принципомкомплементарности. Число нуклеотидных пар, например, в организмечеловека составляет 3 — 3,5 млрд.

ДНК —материальный носитель наследственной информации, котораякодируется последовательностью нуклеотидов. Расположение четырехтипов нуклеотидов в цепях ДНК определяет последовательность аминокислот вмолекулах белка, т.е. их первичную структуру. От набора белков зависят свойстваклеток и индивидуальные признаки организмов. Определенное сочетаниенуклеотидов, несущих информацию о структуре белка, и последовательность ихрасположения в молекуле ДНК образуют генетический код. Ген (отгреч. genos— род,происхождение) — единица наследственного материала, ответственная заформирование какого-либо признака. Он занимает участок молекулы ДНК,определяющий структуру одной молекулы белка. Совокупность генов,содержащихся в одинарном наборе хромосом данного организма, называется геномом,а генетическая конституция организма (совокупность всех егогенов) — генотипом. Нарушение последовательности нуклеотидов в цепиДНК, а следовательно, в генотипе приводит к наследственным изменениям ворганизме—мутациям.

Генетическийкод обладает удивительными свойствами. Главное из них —триплетность: одна аминокислота кодируется тремя рядом расположенными нуклеотидами — триплетом, называемым кодоном. При этомкаждый кодон кодирует только одну аминокислоту. Другое не менее важное свойство— код един для всего живого на Земле. Это свойство генетическогокода вместе со сходством аминокислотного состава всех белковсвидетельствует о биохимическом единстве жизни, которое, по-видимому,отражает происхождение всех живых существ от единого предка.

Длямолекул ДНК характерно важное свойство удвоения — образованиядвух одинаковых двойных спиралей, каждая из которых идентична исходноймолекуле. Такой процесс удвоения молекулы ДНК называется репликацией.Репликация включает в себя разрыв старых и формирование новыхводородных связей, объединяющих цепи нуклеотидов. В начале репликациидве старые цепи начинают раскручиваться и отделяться друг отдруга. Затем по принципу комплементарности к двум старым цепямпристраиваются новые. Так образуются две идентичные двойные спирали.Репликация обеспечивает точное копирование генетической информации,заключенной в молекулах ДНК, и передает ее по наследству отпоколения к поколению.

Генетические свойства

 Наканунеоткрытия структуры молекулы ДНК известные биологи считали, что вторгнуть­ся внаследственный аппарат, а тем более манипулировать с ним наука сможет лишь вXXI в. Однако, несмотря на сложность структуры и свойств наследственногоматериала, уже в конце XX в. родилась новая отрасль молекулярной биологии игенетики — генная инженерия, основная задача которой заключается в конструированииновых, не существующих в природе сочетаний генов. В последнее время эта отрасльназывается генной технологией. Она открывает возможности выведения новых сортовкультурных растений и высокопродуктивных пород животных, создания эффективныхлекарственных препаратов и т.д.

Проведенныев последнее время исследования показали, что наследственный материал нестареет. Генетический анализ эффективен даже в том случае, когда молекулы ДНКпринадлежат весьма далеким друг от друга поколениям. Сравнительно недавно былапоставлена задача определить, кому принадлежат останки, найденные в захоронениипод Екатеринбургом. Царской ли семье, расстрелянной в этом городе в <st1:metricconverter ProductID=«1918 г» w:st=«on»>1918 г</st1:metricconverter>.? Или слепой случайсобрал в одну могилу такое же число мужских и женских останков? Ведь в годы гражданскойвойны погибли миллионы… Образцы останков были отправлены в английский Центрсудебно-медицинской экспертизы — там уже накоплен большой опыт генного анализа.Из костной ткани исследователи выделили молекулы ДНК и провели анализ. Сточностью 99% установлено: в исследуемой группе находятся останки отца, материи их трех дочерей. Но может быть, это не царская семья? Предстояло доказатьродство найденных останков с членами английского королевского дома, с которымРомановы связаны довольно близкими родственными узами. Анализ подтвердилРодство погибших с английским королевским домом, и служба судебно-медицинскойэкспертизы сделала заключение: найденные под Екатринбургом останки принадлежатцарской семье Романовых.

Одно изчудес природы — неповторимая индивидуальность каждого живущего на Землечеловека. «Не сравнивай — живущий несравним» -писал О. Мандельштам. Ученымдолгое время не удавалось найти ключ к разгадке индивидуальности человека.Сейчас известно, что вся информация о строении и развитии живого организма«записана» в его геноме. Генетический код, например, окраски глаз человекаотличается от генетического кода окраски глаз кролика, но у разных людей онимеет одинаковую структуру и состоит из одних и тех же последовательностей ДНК.

Ученыенаблюдают огромное разнообразие белков, из которых построе