Текст книги "Система гуманитарного и социально-экономического знания"

Оно решает три проблемы, в которые входят:

• анализ состава химического элемента;

• определение состава химического соединения;

• применение химических элементов для производства новых материалов.

Р. Бойль ввел трактовку химического элемента как «простого тела», предела химического разложения вещества. Однако в тот период еще не было известно ни одного химического элемента. Затем появились точные методы количественного анализа вещества, которые способствовали открытию химических элементов. В результате были открыты фосфор, кобальт, никель, водород, фтор, азот, хлор, марганец, кислород. Открыв кислород и определив его роль в образовании кислот, оксидов и воды, А. Лавуазье опроверг господствующую в то время в химии теорию флогистона. Он попытался систематизировать известные на тот момент химические элементы. Но построить систему таких элементов удалось лишь Д. Менделееву, доказавшему, что место химического элемента в периодической системе определяется атомной массой. Менделеев дал следующую формулировку периодического закона: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомного веса элементов. Вместе с тем дальнейшие исследования показали, что место элемента в периодической системе определяется зарядом атомного ядра. Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атома (порядкового номера).

Отсюда, химический элемент – это совокупность атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра.

Во времена Менделеева было известно 62 элемента. В 30-е годы система элементов заканчивалась ураном (Z=92). К 1955 году было открыто еще девять элементов, а к 1995 – еще несколько (нобелий – 102, лоуренсий – 103, курчатовий —104, жолиотий —105, резерфордий – 106, борий – 107, ганий —108, мейтнерий – 109).

Проблема химического соединения до недавнего времени особых споров не вызывала, но применение физических методов при исследованиях вещества открыло «физическую природу химизма, которая заключается во внутренних силах, объединяющих атомы в молекулы как единую квантово-механическую систему. Этими силами являются химические связи, а они представляют собой проявление волновых свойств валентных электронов»[85]85
  Концепции современного естествознания / Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. – С. 139.


[Закрыть].

Химические связи стали трактоваться как обменное взаимодействие электронов (перекрывание электронных облаков), что в известной мере изменило и трактовку самого понятия «молекула». Молекулой по-прежнему называется наименьшая частица вещества, способная определять его свойства и существовать самостоятельно. Но теперь в число молекул вошли ионные, атомные и металлические монокристаллы и полимеры, образованные за счет водородных связей. Химическое соединение стало определяться как качественно выявленное вещество, состоящее из одного или нескольких элементов, атомы которых за счет обменного взаимодействия объединены в частицы (молекулы, комплексы, монокристаллы и пр.).

Химия изучает процессы превращения молекул при взаимодействиях и при воздействии на них внешних факторов, во время которых образуются новые химические связи. Под химической связью понимается результат взаимодействия между атомами, выражающийся в создании их определенной конфигурации, отличающий один тип молекулы от другого. Главная черта химической связи – обобществление валентных электронов и перенос заряда, если связь образуется между разными атомами. Наиболее распространены три вида химических связей: ионная, ковалентная и водородная[86]86
  Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. – Новосибирск, 1997. – С. 312–313.


[Закрыть].

При ионной связи атом отдает другому один или несколько электронов, и так каждый атом становится обладателем стабильного набора электронов.

При ковалентной связи двух атомов возникает обобществленная пара электронов, по одному от каждого атома. Она бывает двух видов: полярная и неполярная.

Водородная связь названа из-за атома водорода, который соединен ковалентной связью с другим атомом так, что положительно заряженной оказывается водородная часть молекулы. Этот частично положительный водородный край притягивается третьим, отрицательно заряженным атомом. Данная связь слабее, чем две предыдущие, но широко распространена в живой материи.

Помимо названных, существуют очень короткие связи, которые обнаружены между атомами рения, молибдена или хрома.

Химические связи можно рассматривать и с точки зрения превращения энергии: связь будет устойчивой, если при создании молекулы ее энергия меньше, чем сумма энергий составляющих ее изолированных атомов.

Если атомные конфигурации подходят друг другу, то возникает одна округлая структура. Так получается насыщенная молекула. Насыщаемость молекул определяет их постоянный состав для данного вещества и связана с валентностью – свойством атома соединяться с некоторым числом других атомов. Величина валентности зависит от числа атомов водорода (или другого одновалентного элемента), с которым соединяется атом данного элемента. Валентности определяют структурные формулы молекул и многие их свойства.

Как отмечалось, среди проблем учения о составе вещества – вовлечение новых химических элементов в производство материалов. Возможности химии здесь огромны. Среди ее достижений: замена в различных областях человеческой деятельности металла керамикой (например, получение сверхтвердого материала – гексанита-Р), применение для синтеза элементоорганических соединений все новых химических элементов; создание химии фторорганических соединений и т. д.

Данное понятие является условным, поскольку речь идет о таком уровне развития химических знаний, где центральную роль играет понятие «структура» (структура молекулы реагента, в том числе макромолекулы или монокристалла).

Представления о структуре вещества менялись: ранее в качестве первичной химической системы рассматривалась молекула (Берцелиус, Жерар, Кекуле). Так, попытку раскрыть структуру молекул и синтезировать новые вещества предпринял Ф. Кекуле. Он связывал трактовку структуры с понятием валентности элемента. В структурных формулах элементы связывались друг с другом по числу единиц их сродства, или валентности. Комбинируя атомы различных химических элементов по их валентности, можно прогнозировать получение различных химических соединений в зависимости от исходных реагентов. А. Бутлеров обращал особое внимание в своих исследованиях на степень напряжения или энергии, с которой идет процесс образования новых молекул.

Вещество, в котором с помощью определенных связей и в определенном соотношении объединены атомы различных элементов, называется соединением, при этом мельчайшая частичка соединения, сохраняющая его свойства, называется молекулой. Попытки синтеза новых химических соединений предпринимаются в двух направлениях: органического синтеза и неорганического (поиск путей синтеза кристаллов) синтеза.

Отметим, что «эволюция понятия химической структуры осуществлялась в направлении, с одной стороны, анализа ее составных частей или элементов, а с другой – установления характера физико-химического взаимодействия между ними»[87]87
  Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. С. – 157.


[Закрыть].

В основе этого учения – химическая термодинамика и кинетика, которые традиционно относятся к физической химии.

Для вступления в химическую реакцию необходимо преодолеть некоторый энергетический барьер. Реакция возможна, если она сопровождается уменьшением величины свободной энергии. Способность к взаимодействию различных химических реагентов определяется не только их атомно-молекулярной структурой, но и условиями протекания химических реакций (термодинамические факторы, наличие катализаторов, влияние растворителей и т. д.).

Химические реакции обратимы и представляют собой перераспределение химических связей. Поскольку большинство химических реакций не идет до конца, постольку становится важным понятие равновесия между прямой и обратной реакциями. В зависимости от природы реагентов и условий протекания процесса на практике это равновесие смещается в ту или иную сторону. Я. Вант-Гофф, используя термодинамический подход, классифицировал химические реакции и исследовал их прохождение в растворах, а также открыл законы химической кинетики; А. Ле Шателье сформулировал общий закон смещения термодинамического равновесия в химических реакциях под влиянием внешних факторов. Н. Семенов и С. Хиншелвуд разработали теорию цепных реакций.

Подавляющее большинство химических реакций трудноуправляемы. Вместе с тем в науке разработаны методы управления химическими процессами, которые подразделяются на термодинамические и кинетические. Эффективное управление химическими реакциями достигается с помощью катализаторов и ингибиторов, а в последнее время все чаще используют селективные воздействия, так как с созданием лазеров разных типов появилась возможность концентрировать энергию в узком спектральном и временном интервалах.

Среди возможных соединений реагентов есть образования с разной степенью устойчивости. Менее устойчивое соединение обладает большей свободной энергией, поэтому вновь образованная группировка менее устойчивая, чем исходные компоненты. Чтобы преодолеть эту разницу в значениях свободной энергии, необходим дополнительный запас энергии – энергия активации. Она определяет скорость протекания реакции, но ее бывает недостаточно для преодоления барьера, и реакция не идет. Поэтому стараются снизить величину энергии активации путем введения катализаторов (каталитические реакции).

Реакции с утечкой тепла в окружающую среду называют экзотермическими. Например, таковой является реакция соединения углерода с кислородом:

С+О₂=СО₂+94250 кал.

Эндотермическая реакция связана с взятием энергии извне. Основы химической кинетики, изучающей скорость химических реакций и особенности их протекания, были заложены Вант-Гоффом и Аррениусом, открывшими закономерности, связывающие скорости реакций с концентрацией реагентов и температурой. Было выявлено, что скорость реакции зависит от локализации энергии и вероятности ее скопления в рассматриваемой области. Для вступления в химическую реакцию необходимо преодолеть некий энергетический барьер, соответствующий энергии активации, возможность накопления которой сильно зависит от температуры.

Обычно реакция протекает в несколько промежуточных стадий, которые, складываясь, дают суммарную реакцию. Скорость ее зависит от природы реагирующих веществ и от условий, в которых она протекает.

Эволюционная химия вошла в науку в 50—60-х годах. Под эволюционными проблемами химии понимают процессы самопроизвольного синтеза новых химических соединений, являющихся более сложными и высоко организованными продуктами по сравнению с исходными веществами[88]88
  Концепции современного естествознания / Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. – С. 145.


[Закрыть]. Развитие эволюционной химии связано со стремлением ученых понять, как из неорганической материи возникает органическая, а вместе с нею и жизнь. Разработкой этих вопросов занимались Й. Берцелиус, Ю. Либих, П.Э. Бертло и многие другие.

Исследования последнего времени направлены на выяснение как материального состава растительных и животных тканей, так и химических процессов, происходящих в организме.

Перечислим основные проблемы современной эволюционной химии:

• развитие исследований в области металлокомплексного катализа с ориентацией на соответствующие объекты природы;

• моделирование биокатализаторов (в частности, построение моделей ферментов);

• создание иммобилизованных систем (закрепление выделенных из живого организма ферментов на твердой поверхности путем адсорбции);

• изучение и освоение всего каталитического опыта живой природы (формирование фермента, клетки и организма).

Одним из основных понятий эволюционной химии является понятие «самоорганизация». Самоорганизация отражает законы такого существования динамических систем, которое сопровождается их восхождением на все более высокие уровни сложности и системной упорядоченности, или материальной организации[89]89
  Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. – М., 1996. – С. 203.


[Закрыть].

Существуют два подхода к проблеме самоорганизации предбиологических систем: субстратный и функциональный. Субстратный подход к проблеме биогенеза связан с накоплением информации об отборе химических элементов и структур. Многие из химических элементов участвуют в жизнедеятельности биоорганизмов. Но основу живых систем составляют только шесть элементов (органогенов): углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера (общая их весовая доля в организмах составляет 97,4 %). Еще двенадцать элементов принимают участие в построении компонентов биосистем: натрий, калий, кальций, магний, алюминий, железо, кремний, хлор, медь, цинк, кобальт, никель (весовая доля ≈1,6 %). К этому добавляются около двадцати элементов, участвующих в построении и функционировании узко специфических биосистем.

Известно около восьми миллионов химических соединений, из которых 96 % – органические; ≈300 тысяч – неорганические.

Биохимические условия не играют существенной роли в отборе химических элементов при формировании органических систем. Определяющими факторами здесь выступают требования соответствия между «строительным материалом» и объектами с высокоорганизованной структурой. Эти требования сводятся к отбору элементов, способных к образованию достаточно прочных и энергоемких химических связей, а также лабильных связей. В ходе эволюции отбирались те структуры, которые способствовали резкому повышению активности и селективности действия каталитических групп.

Предполагают, что процесс химической эволюции включал в себя несколько этапов:

• протекание процессов физической и химической адсорбции, которые вносили элементарное упорядочение во взаимное расположение частиц, увеличивали их концентрацию и служили фактором проявления каталитического эффекта;

• создание группировок, обеспечивающих процессы переноса электронов и протонов;

• формирование группировок, дающих энергетическое обеспечение;

• развитие полимерных структур типа РНК и ДНК.

На ранних стадиях химической эволюции отсутствовал катализ. Катализ начинает появляться по мере того, как физические условия приближаются к земным. Отбор активных соединений в природе происходил из тех продуктов, которые получались относительно большим числом химических способов и обладали широким каталитическим спектром.

Суть функционального подхода к осмыслению проблемы предбиологической эволюции состоит в исследовании самих процессов самоорганизации, в выявлении их закономерностей.

Синтез субстратного и функционального подходов к химической эволюции был осуществлен А. Руденко. Так появилась общая теория химической эволюции и биогенеза, которая решает вопросы о движущих силах и механизме эволюционного процесса. Данная теория утверждает, что химическая эволюция – это саморазвитие каталитических систем, а эволюционирующим веществом выступают катализаторы. Происходит естественный отбор тех каталитических центров, которые обладают наибольшей активностью. Руденко сформулировал основной закон химической эволюции, согласно которому с наибольшей скоростью и вероятностью образуются те пути эволюционных изменений катализатора, на которых происходит максимальное увеличение его абсолютной активности.

В данной теории выделяются следующие моменты:

• классификация этапов химической эволюции как классификация катализаторов по уровню их организации;

• новый метод изучения катализа как динамического явления, связанного с изменением катализаторов в ходе реакций;

• конкретная характеристика пределов химической эволюции и переход к биогенезу.

Эволюционная химия активно развивается. Среди новейших ее направлений – нестационарная кинетика, которая изучает управление нестационарными процессами.

Тема 8
Особенности биологического уровня организации материи

К естественным наукам относится и биология – наука о живом, его строении, формах активности, природных сообществах живых организмов, их распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой[90]90
  Данная тема разработана на основе работы Слюсарева А.А. Биология с общей генетикой. – М., 1978.


[Закрыть].

Современная биология представляет собой систему наук о живой природе. Общие закономерности развития живой природы, раскрывающие сущность жизни, ее формы и развитие, изучает общая биология. По объектам изучения в биологии выделяют зоологию, ботанику, вирусологию, бактериологию, антропологию. По свойствам, проявлениям живого выделяются в биологии: морфология (изучающая строение организмов), физиология (рассматривающая процессы, которые протекают в живых организмах и обмен веществ между организмом и средой); молекулярная биология (исследующая микроструктуру живых тканей и клеток), экология (изучающая взаимодействия между организмами и окружающей средой, обуславливающей их выживание, развитие и размножение); генетика (раскрывающая закономерности изменчивости и наследственности).

По уровню организации исследуемых живых объектов подразделяются: анатомия, изучающая макроскопическую организацию животных и растений; гистология, исследующая ткани и микроскопическое строение тел; цитология – наука о клетке. Помимо названных, к числу биологических наук относят эмбриологию, геронтологию, палеонтологию, дарвинизм и другие.

Многообразие живого мира требует и многообразия наук, его изучающих. В настоящее время биологами обнаружено и описано около одного миллиона видов животных, около полумиллиона растений. Причем неисследованного здесь еще достаточно много. По некоторым оценкам, число видов, которые требуют своего изучения, составляет около одного миллиона.

Биология в своем развитии прошла несколько этапов:

• этап систематики (К. Линней);

• эволюционный этап (Ч. Дарвин),

• биология микромира (Г. Мендель).

Однако во все времена одной из центральных проблем биологии была проблема сущности жизни и ее происхождения. Дать определение понятию «жизнь» достаточно сложно. Так, широко известно определение жизни, сформулированное Ф. Энгельсом: «Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей тел»[91]91
  Энгельс Ф. Анти-Дюринг // Маркс К., Энгельс Ф. Сочинения. – 2-е изд. – Т. 20. – С. 82.


[Закрыть].

Это определение сейчас уже не отвечает уровню знаний о природе и сущности живого, хотя в нем обращается внимание на субстрат живого и закономерности существования живых организмов. Именно по этим направлениям и идет в современной биологии поиск специфики живого.

Уровень знаний конца XIX века позволял полагать, что основным субстратом жизни является белок. В свете современных представлений под субстратом жизни понимают весь комплекс веществ, принадлежащих двум классам биополимеров: белкам и нуклеиновым кислотам (ДНК и РНК). Характерной чертой субстрата жизни является его структурная организация. Живое построено из тех же химических элементов, что и неживое, но характеризуется сложностью химических соединений, обусловленной определенной их упорядоченностью на молекулярном уровне.

Жизнь существует в форме открытых систем, которые непрерывно обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией. Э. Шредингер и Э. Бауэр установили принцип устойчивого неравновесия живых систем.

К числу закономерностей, совокупность которых характеризует жизнь, относятся:

• самообновление, связанное с потоком вещества и энергии;

• самовоспроизведение, обеспечивающее преемственность между сменяющими друг друга генерациями биологических систем, связанное с потоком информации;

• саморегуляция, базирующаяся на потоке вещества, энергии и информации.

Перечисленные закономерности обуславливают основные атрибуты жизни: обмен веществ и энергии, раздражимость, гомеостаз, репродукцию, наследственность, изменчивость, индивидуальное и филогенетическое (родовое) развитие.

Учитывая все изложенное, среди современных определений жизни выделим следующие: жизнь есть форма существования сложных открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению (М. Волькенштейн); жизнь – закодированная информация, которая сохраняется естественным образом (Ф. Типлер).

Все многообразие организмов можно свести к двум различным группам – неклеточные и клеточные формы жизни. К неклеточным относятся вирусы. Основную массу живых существ составляют организмы, обладающие клеточной структурой. Они делятся, в свою очередь, на две категории: не имеющие типичного ядра (прокариоты) и обладающие типичным ядром (эукариоты). К прокариотам относятся бактерии и синезеленые водоросли, к эукариотам – все остальные растения и животные.

Строго научное разграничение живого и неживого встречает определенные трудности, поскольку существуют переходные формы (вирусы вне клеток другого организма не обладают ни одним из атрибутов живого, у них есть наследственный аппарат, но отсутствуют основные необходимые для обмена веществ ферменты).

В середине ХХ века в биологии сложились представления об уровнях организации как конкретном выражении упорядоченности, являющейся одним из основных свойств живого. Биологические микросистемы представлены на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях; биологические мезосистемы – на тканевом, органном и организменном уровнях; биологические макросистемы – на популяционно-видовом, биоценотическом, биосфера в целом.

Итак, органический мир целостен, так как составляет систему взаимосвязанных частей, и в то же время дискретен.

Молекулярный уровень изучается молекулярной биологией. Жизненный субстрат для всех животных, растений и вирусов составляет двадцать одних и тех же аминокислот и четыре одинаковых основания, входящих в состав молекул нуклеиновых кислот. Наследственная информация у всех заложена в молекулах ДНК (за исключением содержащих РНК вирусов), способных к саморепродукции. Реализация наследственной информации осуществляется с участием молекул РНК.

Клеточный уровень также характеризует однотипность всех живых организмов. Клетка является основной самостоятельно функционирующей элементарной биологической единицей. У всех организмов только на клеточном уровне возможны биосинтез и реализация наследственной информации.

Тканевый уровень возник вместе с появлением многоклеточных животных и растений, имеющих дифференцированные ткани. Совокупность клеток с одинаковым типом организации составляет ткань. Совместно функционирующие клетки, относящиеся к разным тканям, составляют органы.

На организменном уровне обнаруживается многообразие форм. На этом уровне протекают процессы онтогенеза. Каждый вид состоит из организмов, имеющих свои отличительные черты.

Популяционно-видовой уровень образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида. Совокупность организмов (особей) одного вида, населяющих определенную территорию, составляет популяцию. Популяция – это элементарная единица эволюционного процесса, в ней начинаются процессы видообразования.

Биоценотический уровень связан с исторически сложившимися устойчивыми сообществами популяций разных видов. Они являются элементарными системами, в которых осуществляется вещественно-энергетический круговорот, обусловленный жизнедеятельностью организмов.

Биосферный уровень включает всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой.

Разделение живой материи на эти уровни является весьма условным и вместе с тем представление о них наглядно отражает системный подход к изучению природы, позволяющий глубже проникнуть в ее тайны.

Фундаментальной основой живого мира является клетка. Предпосылкой открытия клетки было изобретение микроскопа и его использование для изучения биологических объектов. Уже к 30-м годам XIX века накопилось немало работ о клеточном строении организма. Но именно М. Шлейден и Т. Шванн заложили основы клеточной теории, согласно которой клетка является главной структурной единицей всех организмов, а процесс образования клеток обусловливает рост, развитие и дифференциацию растительных и животных тканей. К концу прошлого века было обнаружено сложное строение клетки, описаны органоиды (части клетки), исследованы пути образования новых клеток (митоз). А к началу XX века в биологии прочно утвердилась идея о первостепенном значении клеточных структур в передаче наследственных свойств. В настоящее время общепризнанно, что клетка является основной структурной и функциональной единицей организации живого. Именно благодаря клеточному строению организм является дискретным, сохраняет целостность.

Как правило, клетки обладают микроскопическими размерами. Строение клеток животных и растений в основных чертах сходно. В теле клетки различают цитоплазму и кариоплазму (ядро), являющиеся обязательными ее составными частями. Вещество ядра представляет собой плотный коллоид, содержащий белки и нуклеиновые кислоты. Составными частями ядра эукариотов являются ядерная оболочка, ядерный сок, ядрышки и хромосомы. Установлено, что каждый вид растений и животных имеет определенное и постоянное число хромосом (видовой признак). Хромосомы являются носителями наследственной информации. Выяснено, что наследственная информация дискретна, ее составляют многочисленные гены, расположенные вдоль хромосом в линейном порядке.

Изучение элементного химического состава протоплазмы подтвердило единство всей природы. Химические элементы, которые принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выраженной биологической активностью, называются биогенными. Белки (протеины) составляют от 50 до 85 % органических соединений, входящих в состав живых организмов. Белки включаются в состав всех клеток, клеточных организмов и межклеточных жидкостей. Н. Любавин установил, что белки состоят из аминокислот. В настоящее время известно более двадцати аминокислот.

Молекула белка – типичный полимер, в ней аминокислоты следуют одна за другой. Каждый вид организмов отличается своей специфичностью белков. Даже в одном организме белки различных органов неодинаковы. Аминокислоты в белковой молекуле имеют определенное пространственное расположение. Первичной структурой белковой молекулы является полипептидная цепь. Внутримолекулярные силы заставляют белковую цепь изгибаться, и возникает вторичная структура. Большинству молекул белка присуща третичная структура (глобулярная), в ряде случаев образуется и четвертичная.

В клетке белки выполняют структурные (основной строительный материал цитоплазмы, наружной и внутренней мембраны и т. д.), сократительные (обеспечивают явление раздражимости и движение), ферментативные функции (катализируют все реакции, протекающие в клетке).

Нуклеиновые кислоты были открыты швейцарским врачом И. Мишером в 1870 году. С нуклеиновыми кислотами связаны процессы синтеза белка, а этим, в свою очередь, определяются характер обмена веществ, закономерности роста и развития, явления наследственности и изменчивости. В состав нуклеиновых кислот входят углерод, кислород, водород, азот и фосфор. Известны две группы этих кислот – РНК и ДНК. Они отличаются химическим составом и биологическими свойствами. Нуклеиновые кислоты – биополимеры, мономерами которых служат нуклеотиды.

Основная биологическая функция белка заключается в хранении, постоянном самовозобновлении, самовоспроизведении (репликации) и передаче генетической (наследственной) информации в клетке.

Биологическая роль РНК связана преимущественно с синтезом белка, т. е. с реализацией наследственной информации.

Способность ДНК к авторепродукции вытекает из особенностей ее строения. Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных нитей. Порядок расположения оснований одной цепи определяет их порядок в другой. Авторепродукция молекул ДНК происходит под воздействием фермента полимеразы. Предполагается, что при этом коплементарные цепи молекул ДНК раскручиваются и расходятся. Затем каждая из них начинает синтезировать новую. Поскольку каждое из оснований в нуклеотидах может присоединить другой нуклеотид только строго определенного строения, происходит точное воспроизведение «материнской» молекулы. В многообразных комбинациях нуклеотидов нитей ДНК закодирована программа синтеза множества белков.

РНК не имеет двойной спирали и построена подобно одной из цепей ДНК. Различают три вида РНК: рибосомальную, информационную и транспортную.

Синтез белков происходит следующим образом. Специальный фермент – полимераза, двигаясь по ДНК, создает одноцепочную молекулу и-РНК, в которой нуклеотиды расположены по принципу комплементарности (дополнительности) одной нити ДНК. Последовательность расположения нуклеотидов в и-РНК определяет последовательность расположения аминокислот в белках. Генетический код, заложенный в ДНК, записывается на язык и-РНК. Молекула и-РНК проникает через мембрану ядра и в рибосомах осуществляет расшифровку кода с языка нуклеотидов на язык аминокислот. В синтезе белка принимает участие и транспортная РНК, которая доставляет к рибосомам аминокислоты. Структура рибосом определяется третьим видом РНК (рибосомная РНК).

Обмен веществ и энергии (метаболизм) – это процесс, лежащий в основе явлений жизни. Поток вещества и энергии, наблюдаемый в организме, обусловливает самовозобновление и самовоспроизведение. Совокупность процессов, соответствующих ассимиляции и приводящих к образованию веществ, которые входят в состав организма, получила название анаболизма. Совокупность процессов, соответствующих диссимиляции и приводящих к расщеплению сложных органических соединений организма, называется катаболизмом. По характеру ассимиляции все организмы делятся на гетеротрофные, автотрофные и миксотрофные. Гетеротрофные организмы нуждаются в готовых органических веществах, автотрофные синтезируют органические соединения своего тела из более простых, неорганических; миксотрофы занимают промежуточное положение.

По характеру диссимиляции организмы делятся на аэробные (использующие свободный кислород для процессов окисления) и анаэробные (у которых процессы диссимиляции происходят в бескислородной среде). Постоянно совершающийся процесс перехода химических элементов из одних соединений в другие, из состава земной коры в живые организмы, далее расщепление их на неорганические соединения и химические элементы и снова переход в состав земной коры называется круговоротом вещества и энергии.

Современная биология невозможна без теории эволюции. Идеи постепенного и непрерывного изменения всех видов растений и животных высказывались задолго до Ч. Дарвина многими учеными. В частности, Ж.-Б. Ламарк считал, что эволюция живых организмов происходит под направляющим влиянием условий окружающей среды, а все приобретенные живыми организмами благоприятные признаки оказываются наследственными и поэтому определяют ход дальнейшей эволюции. В первой половине XIX века уже был собран огромный материал из различных областей естествознания (геологии, палеонтологии, биогеографии, эмбриологии, сравнительной анатомии, учения о клеточном строении организмов, селекции), свидетельствующий в пользу эволюции. Создать эволюционную теорию смог Дарвин. Принципы его теории сводятся к следующим.