Ознакомительная версия.
Но перейдем на другой уровень. С точки зрения строительной компании она создаёт условия для самосборки, финансирую данный проект. При этом нанимаются строительные рабочие, завозятся материалы и начинается строительство. Руководство строительной компании не упорядочивает кирпичи в ряды на стройке, это делают рабочие (они как силы, вызванные актом финансирования). С точки зрения компании это есть процесс самосборки, поскольку подпадает под определение этого процесса. Таким образом, процесс самосборки кажется невозможным только с некоторых точек зрения, но это как раз те точки, с которых мы привыкли смотреть на мир.
Я привел этот пример, чтобы показать – ничего фантастического нет, не нужно и разума для протекания процессов самосборки и самоорганизации.
В процессах самосборки формируются такие сложные объекты как вирусы, которые стоят между живыми и неживыми объектами. Онтогенез (развитие живого организма) использует еще и генетический код, направляющий в каждый момент процессы самосборки молекул внутри клетки и осуществляющий необходимые процессы самоорганизации строительства. Ведь гены то сами своими руками ничего не строят, они информацию кодируют.
Тогда получается, что клетка это автоматизированный завод. Она получает инструкции (гены), вещества строительные и строит по инструкциям, но с обратными связями, канализирующими процесс строительства. Какой бы сложной ни была записанная программа в геноме она все возникающие в онтогенезе обстоятельства учесть не сможет и вот поэтому нужны отрицательные (стабилизирующие) обратные связи. Когда их нет, а есть одна вертикаль, то это катастрофа – это рак. Раковые клетки отличаются тем, что они не воспринимают информацию от других клеток организма (они стали суверенны в организме в результате одной мутации). В результате прорастают во все окружающие ткани, приводя весь организм в состояние несовместимое с жизнью.
Эволюционный процесс в биологии можно рассматривать как сочетание процессов самосборки и самоорганизации с действием естественного отбора и сопутствующих механизмов эволюционного развития, порожденных действием отбора.
Здесь были приведены примеры самосборки материи в неживой природе. Далее рассмотрим пример самоорганизации в живой природе – Онтогенез.
6. Биологическая самоорганизация (Онтогенез)
Согласно А. Маркову ([битая ссылка] http://evolbiol.ru/nes05.htm)
спермий и яйцеклетка сливаются образуя оплодотворенное яйцо (зигота). Зигота человека содержит двойной набор хромосом (23 от папы и 23 от мамы). Этот набор называется геномом. Хромосомы это отрезки ДНК на которых располагаются гены. Зигота делится несколько раз, при этом делении (митоз) каждая клетка получает полный геном.
Образующиеся при метозе клетки не растут, но объеденены в комочек (морула). Затем морула прикрепляется к стенке матки, где и начинается развитие.
Сложный процесс митоза начал активно изучаться только в 1970 году. При митозе происходит копирование хромосом, расхождение копий к полюсам клетки и затем клетка делится на две. Процесс занимает 1—2часа. Только благодаря тому, что все клетки после деления обладают одинаковыми геномами оказывается возможным построение из них сложного организма. Процесс построения организма напоминает процесс честного кооперативного развития. Здесь нет конкуренции, потому естественному отбору не за что зацепиться – все клетки имеют одинаковый набор генов.
Для действия отбора нужны различия, чтобы было из чего выбирать. В природе такие различия даёт изменчивость организмов, принадлежащих одному виду. Дело в том, что в генофонде вида имеется много вариантов (аллелей) одного гена. Процесс образования половых клеток (мейоз) содержит в себе случайный процесс выбора аллелей, на гомологичных хромосомах, правда только из родительского набора. Это и даёт основной поток изменчивости, а не мутации, которые сравнительно редки.
Кроме того, ещё одним источником изменчивости является процесс порождения одним генотипом под влиянием внешних условий различных фонотипов (результатов), что тоже позволяет работать отбору.
Например. Вы делаете куличи из песка с помощью одной формы (аналог генотипа), но не все куличи получаются одинаково хорошими. (куличи это аналог фенотипа). Поэтому вы можете отобрать самые удачные. Если бы все куличи были одинаково хороши, то отбирать было бы невозможно. Возвратимся к клеткам.
Клетку можно представить в виде завода по производству разного рода молекул – гормонов, нейромедиаторов, цитокинов, ферментов и других молекул.
Нобелевская премия по физиологии и медицине за 2013 год была присуждена работающим в США Джеймсу Ротману, Ренди Шекману и Томасу Зюдофу за открытие механизма, перемещения молекул с помощью мембранных пузырьков- везикул в которые они упаковываются и снабжаются «адресом» для перемещения.
Ренди Шекман выделил три класса генов, регулирующих движение внутри клетки. Эти гены, выявленные на предках всего живого- дрожжах, работают и у млекопетающих. В клетках есть транспортная инфраструктура, которой указанные гены управляют.
Джеймс Ротман, обнаружил как везикулы снабжаются «адресом», благодаря которому гарантируется, что «груз» будет доставлен точно по назначению.
Томас Зюдхоф выявил механизм, отвечающий за пунктуальность доставки везикул в нервных клетках и позволяющий «пузырькам» высвобождать своё содержимое по команде.
Таким образом, производимые молекулы в клетке попадают в нужный пункт точно по расписанию. В случае нарушения этого порядка неизбежно возникают заболевания – неврологическимие, диабет, расстройства иммунной системы и т. д. Так обстоит дело внутри клетки и в частности в процессе первоначального роста. Эти процессы отрабатывались миллиарды лет.
Геном человека в своем составе содержит около 3млрд генов. Но принимает участие в построении организма человека (синтезе белков) порядка 40тыс генов. Остальные условно называют мусорными. Их назначение пока обсуждается. Геном почти полностью определяет строение индивидуума (морфологию) и другие его свойства. Это почти портрет.
Сначала полагали, что геном содержит что то вроде чертежа индивидуума. Чертёж и объект созданный по нему должны иметь взаимно однозначное соответствие. Но в природе не совсем так происходит. Результат (фенотип) отличается от генотипа из за влияния на его развитие внешних условий.
Более правдоподобное сравнение получим, если представим генотип в виде рецепта из поваренной книги. Пусть два повара готовят по одному рецепту. Результат часто весьма отличается. Потому, что бывают хорошие повара, а бывают не очень.
Но и рецепты бывают разными. В одном написано – положить продукт 1, варить 10 мин., затем добавить 100 г продукта 2, перемешать и варить еще 5 мин. Такой рецепт подобен чертежу. В нем отсутствуют обратные связи.
При приготовлении более сложных блюд, в рецепте должны быть представлены условные операторы типа – Если увидишь в процессе готовки это, то сделай действие 1, а если обнаружишь это, то выполняй действие 2.
По существу второй рецепт это интерактивная программа действий, которая больше похожа на геном.
Но конечно при таком количестве генов, которое есть в геноме, программа получается очень сложной.
Вернемся к комочку клеток – зародышу, который образовался из яйцеклетки в результате нескольких первых делений. Каждая клетка зародыша имеет один и тот же геном. Геном определяет все свойства клетки, это её «программа поведения». Программа у всех клеток зародыша одинаковая. Однако клетки начинают вести себя по-разному: одни превращаются в клетки кожи, другие – в клетки кишечника, и так далее.
Это происходит благодаря тому, что клетки обмениваются информацией – посылают друг другу химические сигналы и меняют свое поведение в зависимости от того, какие сигналы они получили от соседей. Кое-какие сигналы приходят и из внешнего мира. Например, клетки зародышей у растений чувствуют земное притяжение и принимают его в расчет, когда решают, как им себя вести. Наконец, яйцеклетка может с самого начала иметь простенькую «разметку»: один ее полюс может отличаться от другого по концентрации каких-нибудь веществ.
Основные действия, которые делают клетки, – это включение или выключение определенных генов. Это меняет свойства клетки, она начинает по-другому себя вести, по-другому реагировать на сигналы.
Правила поведения клетки «сделаны» из рецепторов, транскрипционных факторов, энхансеров, сигнальных молекул и белков, осуществляющих синтез этих молекул. Например, правило «если получен сигнал А, начни выделять вещество Б», может быть сделано из рецептора в-ва А, который активирует транскрипционный фактор В, который прикрепляется к энхансеру Г, расположенному около гена Д, который кодирует фермент, отвечающий за синтез вещества Б.
Ознакомительная версия.
