Тақырыбы: Тірі табиғат туралы ғылым
Жоспары:
1. Биология. Биология ғылымының анықтамасы.
2. Биология пәні және оның құрылымы.
3. Тіршіліктің мәні, оның негізгі белгілері.
4. «Тірінің» құрылымдық деңгейлері.
5. Клетка- ең ұсақ тірі система, оның құрылысы және атқаратын қызметі
1. Қазіргі биология ғылымы - ондаған ғасырлар бойы дамудың нәтижесі. Тірі организмдердің сырын танып білуге деген адамның талпынысы өте ерте заманда азық-түлік, киім, баспана, дәрі-дәрмек т.б. өндіру қажеттеріне байланысты туып дамыды. Алайда, бұлар жөніндегі жүйелі білімдер тек ертедегі алғашқы өркениетті қоғамдардың дамуы кезінде қалыптаса бастады
2. Биология пәні және оның құрылымы.Біртұтас материалдық дүниені зерттейтін жаратылыстану ғылымдарының әрқайсысының өз зерттеу пәні (объекті) бар екені жоғарыда айтылды. Жаратылыстану ғылымдарының айрықша бір саласы болып табылатын биологияның зерттеу объекті — тірі материяның өзі сан салалы түрлерден тұрады.
Қазіргі биология ғылымы - ондаған ғасырлар бойы дамудың нәтижесі. Тірі организмдердің сырын танып білуге деген адамның талпынысы өте ерте заманда азық-түлік, киім, баспана, дәрі-дәрмек т.б. өндіру қажеттеріне байланысты туып дамыды. Алайда, бұлар жөніндегі жүйелі білімдер тек ертедегі алғашқы өркениетті қоғамдардың дамуы кезінде қалыптаса бастады. Атап айтқанда тірі организмдерді мұқият зерттеп, өсімдіктер мен жануарлардың тізімін жасауға, оларды топтастырып классификациялауға құлиеленушілік коғамда ғана жағдай туды. Сондай биологтардың бірі Аристотель болды.
Сонымен, биология дегеніміз тірі табиғат жайлы ғылымдар жиынтығы. Олардың эерттейтін пәні — тірі организмдердің пайда болуы мен дамуының жалпы заңдылықтарын, құрылысы мен өмір сүру формаларын танып білу арқылы олардың түрлері мен тұқымдарын адам мүддесіне сәйкес өзгерту және корғау.
Қазіргі биологияның толып жатқан салалары бар. Оның қгрылысын түрліше белгілері бойынша классификациялауға болады:
а) зерттеу пәніне (объектісіне) қарай вирусология, бактериология, ботаника, зоология, антропология болып бөлінеді;
ә) қасиеттеріне, тіршілік көріністеріне қарай морфология (тірі организмдердің қүрылысы жайлы ғылым); физиология (организмдердің фуикциясы, қызметі жайлы ғылым), молекулалық биология (тірі клеткалар мен тканьдардын микроқұрылысы жайлы ғылым), генетика (тұқым қуалаушылык пен өзгеру заңдарын зерттеуші ғылым), экология (өсімдіктер мен жануарлардың тіршілік жағдайы және сыртқы ортамен өзара байланысы туралы ғылым) болып бөлінеді;
б) зерттелетін тірі объектілердің құрылым деңгейіне қарай гистология (тканьдардың құрылысын зерттейтін ғылым), цитология (тірі клеткалардың құрылысын зерттейтін ғылым) болып бөлінеді.
Биологиялық ғылымдардың бұл көп салалығы тірі дүниенің аса көп түрлілігіне байланысты. Биологгар қазіргі кезде жануарлардың 1 млн-нан астам түрін, өсімдіктердің 0,5 млн-дай түрін, бактериялардың 3 мыңнан астам түрін т.б. біледі. Әлі де анықталмаған 1 млн-дай түрлер бар деп есептеледі.
Барлық биологиялық ғылымдар системасы үшін басты, негізгі категория болып табылатын "тірі", "тіршілік" деген ұғым органикалық дүниені одан әрі жан-жақты танып білуде шешуші роль атқарады. Олай болса, тірі табиғат, тіршілік дегеніміз не?
3. Тіршіліктің пайда болуы мен мәні, негізгі белгілері. Тірі табиғаттың пайда болуы мен тіршіліктің мәні – адамзаттың өзін қоршаған ортаны түсініп білуінде, өзінің табиғаттағы орнын анықтауында үлкен қызығушылық тудырды.
Жалпы, ғылымда тіршілік пайда болуы туралы 5 концепция бар:
1) креационизм, немесе тіршілікті құдай жаратуы;
2) тіршіліктің өз-өзінен пайда болуы туралы концепция;
3) стационарлық күй концепциясы;
4) панспермия концепциясы;
5) жер бетінде тіршіліктің өткен тарихи кезеңдерде физикалық және химиялық процестердің нәтижесінде пайда болуы туралы концепция.
1-ші концепция діни тұрғыда болғандықтан, ғылымға тікелей қатысы жоқ. Ежелгі гректің атақты ғұламалары, философтар Платон мен Аристотель осы көзқарасты ұстанған адамдар болды. Сонымен қатар, бұл сұраққа басқаша жауап берген философтар мен ғалымдар болды. Олар тірі табиғат және басқа да обьективті дүниені түсініп, танып білу үшін ешқандай құпия рух бастамасы қажет емес деп тапты. Дәл осындай көзқарасты натурфилософтар, Милет мектебінің өкілдері де қолдады.
Осы екі түрлі көзқарас жаңаланған түрде қазіргі кезде де ғылыми дүниетанымда орын алған. Осы уақытқа дейін ғалымдар мен теологтардың кейбір топтары тіршіліктің мәнін жоғарғы материалды, тәжірибе арқылы қолжеткізуге болмайтын бастаудан іздейді.
Сонымен бірге, тіршілік ерекшеліктері туралы сұрақтарға механистикалық тәсіл де қанағаттанарлықтай жауап бере алмайды.
Сонымен, ХІХ ғасырға дейін ғалымдардың көпшілігі тіршіліктің әр түрлі материалды дүниеден, атап айтқанда, шіріген топырақтан, қалдықтардан тағы басқа өздігінен пайда болғандығы туралы идеяны ұстады. Бұл көзқарасты ұстанған ірі ғалымдар мен ойшылдар: Аристотель, дәрігер Парацелье, эмбриолог Гарвей, Коперник, Галилей, Гете, Декарт, Шеллинг тағы басқа. Олардың ғылыми дүниетанымдағы беделі бұл көзқарастың ұзақ уақыт қалыптасып тұруына әсерін тигізді. XVII ғасырда Ф.Редидің жасаған тәжірибесі бұл көзқарасты дәлелдей алмады.
ХІХ ғасырдың 60-шы жылдарында нақты ғылыми тұрғыдан бұл концепцияның дұрыс еместігіне көз жеткізілді.
Луи Пастердің жасаған тәжірибелері де организмнің кездойсоқ жағдайларда пайда бола алмайтынын дәлелдеді. Бірақ тіршіліктің қайдан пайда болғаны туралы сұрақтарға нақты жауап бере алмады.
Мөлшермен осы уақытта (1865 ж.) космогония мен физиканы ұштастыра отырып неміс ғалымы Г.Рихтер жер бетіне жанды заттардың космостан енуі туралы панспермиялық теорияны жасады. Бұл идея бойынша тірі организмдердің ең алғашқы ұрығы жер беріне метеориттер мен космостық шаңдар ақылы түсіп, тіршілік эволюциясының бастауын берді. Панспермия концепциясын қолдағандардың ішінде ірі ғалымдар С.Аррениус, Г.Гельмгольц, В.И.Вернадский болды.
Бірақ бұл гипотеза да әлі ғылыми тұрғыдан негізделген жоқ. Өйткені, тірі организмдер өмір сүру үшін қажетті жағдайлардың спектрі кең болғанымен, космостағы тірі организмдерді ультракүлгін және космостық өткір сәулелер жойып жіберген болар еді. Оның үстіне бұл гипотеза тіршілік пайда болуының мәселелерін шеше алмайды, тек қана оны жерден тыс космосқа алып шығады. Ал бұл жағдайда ондағы тіршіліктің бастауы неде? Бұған байланысты тіршілік космоста мәңгілік деген тағы бір гипотеза бар.
Панспермия гипотезасымен қатар, қазіргі ғылыми әдебиеттерде жер бетінде тірі молекуланың кездейсоқ жағдайда (бір-ақрет) пайда болу туралы гипотеза тірі молекуланы тәжірибелік жағдайда қайтадан алу мүмкнідігін жоққа шығарады.
Бұл гипотеза тұқым қуалаушылық құбылысындағы ДНК-ның рөлі анықталғаннан кейін генетиктер арасында кеңінен таралды. Көп уақты бойы «тірі молекула» жобасы ретінде темекі мозаикасы нуклепротеид вирусының бөлшегі саналып келді, бірақ кейін белгілі болғандай, алдымен тіршілік қалыптаспай, вирустардың өмір сүруі мүмкін емес.
Сондықтан, тіршілікті материя қозғалысының ерекше формасы ретінде және оның белгілі бір даму сатысында пайда болдатындығы туралы көзқараспен қарастыру дұрысырақ болады. Әрине, тіршілік пайда болуында кездейсоқтың элементі бар, дегенмен, оның өзі бір қажеттіліктен, заңдылықтан туындаған құбылыс.
Осыған байланысты, бүгінгі күнде жаратылыстануда ең бір болашағы бар ғылыми бағыт болып тіршіліктің біздің планетамызда өлі материядан өзіндік ұйымдасу процесі кезінде пайда болуын зерттеу саналады.
4. "Тірінің" құрылымдық деңгейлері."Тірі" категориясының мәнін дұрысырақ ұыну үшін оның құылымын, оны құатын элементгер мен бөлшектерді талдап көрсетудің маңызы зор. Құылымдық, немесе системалық, талдау тірі дүниенің аса алуан түрлілігін, яғни оның қүылысы өе күрделі екенін көрсеті. Тірі дүниені әртүрлі белгілері бойынша түрлі деңгейлерге, немесе кіші системаларға, жіктеуге болады. Ауқымдылық белгісіне карай тірі организмдерді мынадай деңгеиледге..болу жиі кодданылады.
І. Биосфераық деңгей тірі организмердің барлық жиынтығын қоршаған табиғи ортасымен қса білдіреді. Биологая ғылымы бұ деңгейде атмосферадағы көмірқышқыл газының жинақталуы қалай өзгеретінін зерттейді. Осы әдісті қоддана отырып, ғалымдар соңғы кезде комірқышқыл газы жыл сайын 0,4%-ке артып отырғанын, ал бұл бүкіл әлемдік температураның жылу қаупін тудыратынын аныктады.
2. Биогенездік деңгей — тірі организмдердің келесі құрылыс деңгейін көрсетеді. Ол белгілі бір тірі және олі организмдер құрамы бар Жер аумағынан түратын біртүтас табиғи комплексті, яғни экосистеманы біддіреді. Биогеоценоздардың, яғни экосистемалардың құрылымы мен атқаратын қызметін білмейінше табиғатты тиімді пайдалану мүмкін емес.
3.Популяциялық-түрлік деңгей бір түрге жататын жеке тірі организмдердің өзара будандасуы негізінде кқұралады. Оны зерттеп білу популяцияның санына әсер ететін факторларды анықтау үшін қажет. Бұл деңгей сонымен қатар тірі организмдердің тарихи даму жолын зерттеу үшін де аса қажет.
А.Организмдік және дене-мүшелік деңгей жеке организмдердің белгілерін, олардың құрылысын, физиологиясын, мінезін және тірі организмдердің жеке мүшелерінің құрылысы мен атқаратын қызметін бейнелендіреді.
5.Клеткалық және субклеткалық деңгей клеткалардың атқаратын қызмет ерекшеліктерін және сондай-ақ түрліше клетка ішілік бөлшектерді бейнелендіреді. Клетка ең ұсақ тірі система болғандықтан, бұл деңгейде түрліше клеткалық құрылымдардың құрылысы мен атқаратын қызметтерін талдауға улкен көңіл бөлінеді.
б.Молекулалық деңгейді молекулалық биология зерттейді, атап айтқанда, молекулалық биологияның қарастыратын аса маңызды бір проблемасы — тірі организмдердің тұқым қуалаушылық факторы болып табылатын гендік информашшның берілу механизмін зерттеу, гендік инженерия мен биотехнологияны дамыту.
Тірі организмдерді деңгейлерге болүді әрине шартты мағынада түсіну керек, өйткені накты биологиялық проблеманы шешу, мәселен, түрлердің санын реттеу, тірі организмнің барлық деңгейлеріне қатысты мәліметтерге сүйенеді. Бірак, тірі организмдер дүниесінде сатылық деңгейлер бар екенін, иерархиялық байланыс бар екенін биологтардың бәрі мойындайды. Ал бұл табиғатты зерттеуге системалық құрылым тұрғысынан қарауды талап етеді — мұнсыз табиғатты жан-жақты, терең танып білу мүмкін емес.
Бүкіл тірі дүниенің ең ұсақ құрылымдық негізін құратын клетка болып табылады. Сондықтан клеткалық құрылымды зерттеу бүкіл тірі организмдер дүниесінің ерекшелігін түсінудің кілті десе де болады.
5. Клетка — ең ұсақ тірі система, оның құрылысы және атқаратын қызметі.Тірі табиғаттың өрбір деңгейінін құрылымдық негізін құратын ез "кірпіші" бар. Мәселен, дүниенің физикалық құрылымын құратын ең ұсақ негізі, "кірпіші", кварк деген аса ұсақ атомішілік бөлшек екенін жоғарыда айтқанбыз.
Ал дүниенің химиялық құрылымының ең кіші негізі түрлі химиялық элементтердің атомдары екені де жоғарыда айтылды. Атом өз ішкі құрылымы бар, одан да ұсақ бөлшектерге бөлінетін, сондықтан әлдеқайда ірі бөлшек екені XIX ғасырдың аяғында ашылды.
Дәл осылар сияқты биологияның да негізін құратын ұсақ бөлшегі бар. Ол — тірі клетка. Сол клетка тіріге тән барлық қасиеттері бар ең кіші система болып табылады.
Тірі дүниенің эволюциялық дамуының ең басты негізін құратын генетикалық информацияның иесі де сол клетка.
Тірі организмдердің клеткалық құрылым теориясының негізін салған XIX ғасырдағы неміс ғалымдары Т.Шванн мен М.Шлейден болды. Бұл теория барлық өсімдіктер мен жануарлардың организмдері құрылымы жағынан ұқсас клеткалардан тұратынын ғылыми дәлелдеді, ал бұл тірінің барлық түрлері шығу тегі мен дамуы жағынан бірлікте екенін тағы да негіздей түсті.
Биология ғылымының цитология деп аталатын тірі клеткаларды зерттейтін арнаулы бөлімінің көптеген зерттеу нәтижелері тек құрылысы жағынан ғана емес, атқаратын қызметі жағынан да барлық клеткалардың кейбір қасиетгері бірдей екендігін көрсетті. Мәселен, клеткалар зат алмасуды іске асырады, өзінің күй-жағдайын езі басқаруға қабілетті, тұқым қуалаушылық информацияны ұрпақтан ұрпаққа жеткізе алады.
Сонымен қатар клеткалардың алуан түрлілігі анықталды. Олар бір клеткалы организмдер (мысалы, амёба) түрінде және коп клеткалылардың құрамында да өмір сүре алады. Клеткалардың өмір сүру ұзақтығы түрліше. Мысалы, адамньщ асқазан клеткаларының кейбіреулері пайда болғаннан соң бірнеше күннен кейін өледі екен, ал нерв клеткаларының өмір сүру мерзімі адамның бүкіл өмір бойына созылады екен. Кез келген клетканың өмірі басқа клеткаларға бөлініп, жаңа клеткаларға айналу арқылы әрі қарай созылады не өлумен аяқталады.
Клеткалардың мөлшері де түрліше болады: мыңнан бір сантиметрден 10 см-ге дейін, бірақ бұл соңғы түрі өте сирек кездеседі екен. Клеткалар бірігіп тканьдарды (нерв, бұлшық ет т.б.) құрады, ал бірнеше тканьдардың қосылысы дене мүшелерін (жүректі, өкпені т.б.) құрады. Қайсыбір ортақ міндетті орындауға тиісті мүшелер тобы организм системасы деп аталады.
Клетканың құрылысы күрделі болады. Оны сырткы ортадан оқшаулап тұратын қабығы болады - тығыз емес, болбыр ол қабық клетканың сыртқы ортамен әрекеттесуін, онымен зат, энергия, информация алмасуын қамтамасыз етеді. Клетка қамтамасыз ететін зат алмасу процесі — бүкіл тірі дүниенің аса маңызды қасиеті. Бұл қасиет, биологияда клеткалардың метаболизмі (немесе ассимиляциясы мен диссимиляциясы) деп аталады.
Метаболизм, өз тарапынан алғанда, клетканың басқа бір аса маңызды касиетінің — клетканың ішкі тіршілік жағдайларының тұрақтылығын, орнықтылығын сақтау қасиетінің — негізі болып табылады. Бүкіл тірі дүние системасына тән бұл қасиет гомеостаз деп аталады. Гомеостазды қамтамасыз ететін зат алмасу, яғни метаболизм процесі.
Зат алмасу — көп сатылы күрделі процесс. Оның атқаратын қызметі — клеткаға қоректік өнімдерді жеткізу, олардан энергия мен белоктар алу, клеткадан сыртқы ортаға ендірілген пайдалы өнімдерді, энергияны және "өнімнің зиянды қалдықтарын" шығару.
Айта кеткен жөн, соңғы кезде тірі дүниеге клеткалық құрылымы жоқ вирустар да (клеткасыз организмдер) жатқызылып жүр. Сонымен қатар клеткасының әдетті құрылымы жоқ (ядросы жоқ) кейбір клеткалы организмдер де бар екендігі ашылды. Бұлар прокариоттар деп аталатын ядросыз клеткалар. Олар ядросы бар, әбден жетілген, пайда болғанына
3 млрд. жылдай болған, эукариоттар деп аталатын клеткалардың тарихи бастамасы болып табылады. Прокариотқа, яғниәуелбастапқы ядросыз клеткалардың түрлеріне бактериялар, жасыл-көк түсті балдырлар жатады. Бұл организмдердің құрамында нуклеин қышқылдары молекулаларының талшықтары бар - олар басқа барлық клеткалардағы сияқты басқару қызметін атқарады, бірақ олар ядроның ішінде емес, клеткаішілік сұйықтықта — цитоплазмада болады.
Құрылымның айтарлықтай қарапайымдығьна қарамастан, ядросыз клеткалар да басқа барлық клеткаларға тән міндеттерді орындауға қабілетті — зат алмасуға, тұрақтылықты сақтауга т.б. қабілетті.
Клеткада болып жататын күрделі, көп сатылы биологиялық процестерді басқаруды қамтамасыз ететін не?
Бұл сұрақтың толық та ақтық жауабы ғылымда әлі жоқ. Дегенмен, клеткаішілік зат алмасуды басқарудың кілті клетка ядросының айрықша құрылысында, ДНК, РНК деп аталатын нуклеин қышқылдары молекулаларының ұзын тізбегінде жатқанын, ал бұл соңғының түпкі құрылымдық негізі ген екендігін XX ғасырдың екінші жартысында ғалымдардың бәрі дерлік мойындады. Сөйтіп, тірі организмнің және оның
клеткасының аса маңызды метаболизмдік және тұқым қуалаушылық қызметін қамтамасыз ететін ген болып шықты.
Қысқасы, зерттеудің жаңа, молекулярлык-генетикалық деңгейіне көшуге байланысты тірі системалар жайлы түсінік түбірлі өзгеріске ұшырады. Бұрын тұқым қуалаушылықты тірі организмнің тек қасиеті деген түсінік басым болған болса, ал енді ол қасиет пен материалдықтың (геннің) бірлігі екендігі анықталды. XIX ғасырдың аяғында атом ядросының ашылуы физикада қандай ғылыми төңкеріс жасаған болса, XX ғасырда клетканың генетикалық аппаратының құрылысы мен атқаратын қызметінің ашылуы да биологияның дамуында сондай өзгеріс жасады.
Егер атом ядросының ашылуы адамзат үшін энергияның өлшеусіз мол қорын іс жүзінде меңгеруге мүмкіндік берсе, геннің ашылуы да тірі клетканың қасиеттерін адамның өзгерте отырып, тірі организмнің тұкым қуалау механизмін басқаруға, сөйтіп қолдан будандастыру арқылы өсімдіктер мен жануарлардың жаңа түрлерін шығаруды іс жүзіне асыруға мүмкіндік берді.
Реті келіп тұрғанда айта кетпеске болмас, 40-50-жылдары сол кездегі совет елінде және кейбір еуропалық елдерде де геннің тұқым қуалау механизмін жоққа шығарушы антигенетикалық теориялық бағыт етек алып, биология ғылымының дамуына көп зиянын тигізген еді. Ал бұл ауыл шаруашылық өнімдерін өндіру ісіне айтарлықтай зиян келтірді. Кейіннен ген — "генетиканың атомы" екендігі толық дәлелденді. Тұқым қуалаудың гендік механизмі Жер бетінде тіршіліктің сабақтастық байланысын қамтамасыз етуші екен.
Қорытынды ретінде айта кеткен жөн, клетканы тек құрылымдық (структуралык) жағынан ғана талдау тірінің мәні жайлы толық түсінік бере алмайды. Сондықтан құрылымдық талдауды тіршіліктің шығуы мен дамуын диалектикалық тұрғыдан түсіндіру арқылы толықтыру қажет.