Важнейшие открытия в биологии в XX веке - рефераты, скачать рефераты, бесплатно рефераты

Рефераты. Важнейшие открытия в биологии в XX веке

биологию термин "стволовая клетка" ввел русский ученый Александр Максимов в 1908 году в Берлине на съезде гематологического общества. Следующей значительной вехой в исследовании этого научного вопроса стало открытие российскими специалистами Александром Фриденштейном и Иосифом Чертковым в 60-70-е годы прошлого века стволовых клеток крови. И по большому счету именно им принадлежит авторство в создании учения о стволовых клетках.

Однако интенсивное развитие этой науки началось с 1998 года, когда американские ученые Д. Томпсон и Д. Герхард выделили эмбриональные стволовые клетки.

Итак, что же это за клетки? Стволовые клетки - это популяция так называемых клеток-предшественников, обладающих высоким пролиферативным (способностью делиться) потенциалом и способностью к дифференцировке - развитию в зрелые, образующие ткани и органы клетки. Проще говоря, стволовые клетки - это та основа, из которой развивается весь организм. Так, зародыш целиком состоит из стволовых клеток, которые начинают постепенно дифференцироваться в клетки будущих органов и тканей.

Таким образом, во взрослом организме стволовых клеток гораздо меньше, чем в новорожденном. А так как они способны преобразовываться в клетки любых органов и тканей, во взрослом организме они выполняют регенеративную функцию. То есть в случае повреждения какого-нибудь органа стволовые клетки направляются к очагу бедствия и превращаются в клетки больного органа, способствуя его восстановлению. Именно это свойство стволовых клеток легло в основу разработки методов их применения в терапевтических целях.

Стволовые клетки делятся на эмбриональные и соматические. Эмбриональные выделяют соответственно из эмбриона на ранней стадии его развития. Соматические стволовые клетки - это клетки взрослого организма, которые присутствуют в основном в костном мозге, а также в периферической крови (крови, циркулирующей в организме) и в небольших количествах во всех органах и тканях. Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам. - М., 2000. - С. 87.

Понятно, что лечение с использованием стволовых клеток в первую очередь сводится к их трансплантации. А значит, нужно определить основной источник стволовых клеток и способ их получения.

Основные источники клеток-предшественников - фетальный материал (абортный), пуповинная кровь, а также костный мозг и периферическая кровь. Использование фетального материала - один из самых сложных путей, прежде всего по этическим соображениям. Другое дело кровь пуповинная - это едва ли не самый богатый источник стволовых клеток. Однако их последующая пересадка пациентам сопряжена со множеством проблем, главная из которых - совместимость донора и реципиента.

В настоящее время этот метод официально применяют только для лечения весьма ограниченного числа болезней. Речь идет о трансплантации гемопоэтических (кроветворных) стволовых клеток в терапии онкогематологических и гематологических заболеваний. Другими словами, злокачественных и доброкачественных заболеваний крови.

Сейчас одним из основных показаний к применению стволовых клеток служит состояние больного после лучевой или химиотерапии.

3. Прионы
Одно из величайших открытий генетиков оказалось малозамеченным мировой прессой. Завершена титаническая работа ведущих ученых мира по расшифровке генома человека - теперь нам известно химическое строение всех наших генов. Но сенсации почему-то не произошло. Оказалось, что в генах записана далеко не вся информация, необходимая для нормального роста и развития человеческого организма. Хотя расшифровано около 100 000 генов, реально "работает" в организме человека только одна треть. Почему это происходит, пока неизвестно, но зато хорошо известно, что химическая структура генов кодирует, в основном, химическое строение белков, из которых построен наш организм. Но где записана информация о пространственной организации нашего тела, характере и способностях человека, наука пока не знает. Ученые еще раз убедились в том, что эмпирическое, материальное познание человеком Премудрости Божией есть процесс бесконечный.

Второе крупнейшее открытие биологии XX века - прионы. Обнаруживший их американский биохимик Стэнли Прузинер в 1997 году был заслуженно удостоен Нобелевской премии. Дело в том, что белковые молекулы в живых организмах имеют три уровня пространственной структуры. Два первых - это первичная и вторичная спираль, напоминающие двойную спираль электролампы. Третичная же структура - это сложнейшая, внешне напоминающая клубок, объемная пространственная конфигурация этой двухуровневой спирали. От третичной структуры напрямую зависят важнейшие функции, которые выполняет белок в живой клетке и организме в целом.

Открытие С. Прузинера заставило ученых говорить о новом типе наследственности - прионной, белковой наследственности, т.е. передача информации может происходить не только через химическую структуру генов. В настоящее время существование такой наследственности доказано как отечественными, так и зарубежными учеными. Для нас особенно важно, что здесь наблюдается передача от белка к белку структурной, трехмерной информации, в которой может кодироваться пространственная организация живых организмов (строение нашего тела, индивидуальные анатомические особенности разных людей, народов и рас).

Гораздо более древнее открытие человечества - телегония. Впервые с этим явлением столкнулись животноводы-селекционеры. Они быстро убедились, что для сохранения породы самое главное - уберечь породистых животных от случайного скрещивания, поскольку даже если зачатия при этом и не произошло, такая самка в будущем чистой породы уже никогда не даст. То есть каким-то образом происходит передача наследственной информации, которая включается в наследственный аппарат самки, и ее последующее потомство формируется уже на основе этой испорченной "чужаком" наследственности. Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего.- М.,2001. - С. 86.

Яркий пример - проведенные еще в первой половине XX века опыты по скрещиванию породистых лошадей с более выносливыми копытными животными - зебрами. Когда после ряда неудачных скрещиваний с зебрами-самцами кобыл вновь перевели на конезаводы, то у них от породистых жеребцов стали рождаться жеребята с окрасом, повторяющим вертикальные полосы зебры, чего у нормальных лошадей никогда не наблюдалось.

И второй пример, совсем свежий. 1957 год, Москва. Всемирный фестиваль молодежи и студентов. Этот праздник - "апофеоз свободы и любви" - закончился для некоторых наших любительниц "африканских страстей" рождением чернокожих детей, а для тех, кто ухитрился, так сказать, обойтись "без последствий", такие "последствия" наступили у их сыновей и дочек. Да-да, именно у их белых детей, рожденных в законном браке от белых мужей, вдруг стали рождаться черные дети! Значит, не так уж глупы были наши предки, хранившие честь своих дочерей и говорившие: "Честной дом - дороже жисти!". Да и молодцам беспутная жизнь впрок явно не идет. Такие люди редко могут похвастаться здоровьем и долголетием.

Механизм этого загадочного явления был необъясним с точки зрения классической генетики XX века, но теперь, зная о существовании прионной наследственности, можно по-новому взглянуть на эту проблему. Как не воскликнуть вослед гению русской науки Михаилу Васильевичу Ломоносову: "Сама природа благовествует нам Евангелие Божие!"

Сохранение целомудрия - прочный фундамент семейного счастья и долголетия. Милостивый Господь всё премудро устроил для нашего блага, заложив в организм человека мощнейшие физиологические и психологические механизмы создания благословленного Им союза мужа и жены - прочной и здоровой "плоти единой". От нас требуется только хранить целомудрие и исполнять заповеди, данные Господом нашим Иисусом Христом и Его апостолами.

4. ДНК
После публикации Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 году модели дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) прошло более 50 лет. Это открытие определило развитие биологии второй половины XX века. Вопрос о том, что и как записано в ДНК, ускорил расшифровку генетического кода. Осознание того, что гены - это ДНК, универсальный носитель генетической информации, привело к появлению генной инженерии. Сегодня уже студенты университетов расшифровывают чередование нуклеотидов в ДНК, соединяют гены разных организмов, переносят их между видами, родами и значительно более удаленными таксонами. На базе генной инженерии возникла биотехнология, которую известный фантаст С. Лем определил как использование закономерностей биогенеза в производстве.

Вспомним, что говорил о природе генов В.Л. Иоганнсен, человек, который в 1909 году дал само имя гена: "Свойства организмов обусловливаются особыми, при известных обстоятельствах отделимыми друг от друга и в силу этого до известной степени самостоятельными единицами или элементами в половых клетках, которые мы называем генами.

С тех пор ситуация существенно изменилась. Мы убедились, что, кроме атомов и молекул, в клетке ничего нет. И подчиняется она тем же физическим закономерностям, что и неживые объекты, в чем смогли убедиться физики, устремившиеся в биологию в 40-х годах именно в поисках каких-то принципиально новых, неизвестных физике законов природы. Все реакции клеточного метаболизма осуществляются под контролем биокатализаторов - ферментов, структура которых записана в ДНК генов. Передается эта запись в цепи переноса информации ДНК РНК БЕЛОК.

Сначала информация, записанная в виде чередования дезоксирибонуклеотидов на одной из двух комплементарных цепей в ДНК гена, переписывается на одноцепочечную молекулу информационной рибонуклеиновой кислоты - иРНК (она же мРНК от англ. messenger - переносчик). Это процесс транскрипции. На следующем этапе по матрице иРНК строится последовательность аминокислотных остатков полипептида. Тем самым создается первичная структура будущей молекулы белка. Это процесс трансляции. Первичная структура определяет способ складывания молекулы белка и тем самым определяет ее ферментативную или какую-либо иную, например структурную или регуляторную, функцию.

Эти представления зародились в начале 40-х годов, когда Дж. Бидл и Э. Тейтум выдвинули свой знаменитый лозунг "Один ген - один фермент" [4]. Он, подобно политическим лозунгам, разделил научное сообщество на сторонников и противников высказанной гипотезы о равенстве числа генов и числа ферментов в клетке. Аргументами в возникшей дискуссии служили факты, полученные при разработке так называемых систем ген-фермент, в которых изучали мутации генов, определяли их расположение внутри генов и учитывали изменения ферментов, кодируемых этими генами: замены аминокислотных остатков в их полипептидных цепях, их влияние на ферментативную активность и т.д. Теперь мы знаем, что один фермент может быть закодирован в нескольких генах, если он состоит из разных субъединиц, то есть из разных полипептидных цепей. Знаем, что есть гены, которые вообще не кодируют полипептидов. Это гены, кодирующие транспортные РНК (тРНК) или рибосомные РНК (рРНК), участвующие в синтезе белка.

В своей первоначальной форме принцип "Один ген - один фермент" представляет скорее исторический интерес, однако заслуживает памятника, поскольку он стимулировал создание целой научной области - сравнительной молекулярной биологии гена, в которой гены - единицы наследственной информации фигурируют как самостоятельные предметы исследования.

Кроме того, разработка многочисленных систем ген-фермент помогла сформулировать вопрос: что и как записано в генетическом коде?

На этот вопрос в общей форме ответил Ф. Крик со своими коллегами в 1961 году. Оказалось, что код триплетен - каждая кодирующая единица-кодон состоит из трех нуклеотидов. В каждом гене триплеты считываются с фиксированной точки, в одном направлении и без запятых, то есть кодоны ничем не отделены друг от друга. Последовательность кодонов определяет последовательность аминокислотных остатков в полипептидах.

Таким образом, вследствие специфической организации генетического кода кодонам-нонсенсам отводится особая роль - терминаторов трансляции. Поэтому, возникая мутационным путем, они, как и мутации типа сдвиг рамки считывания, проявляются значительно чаще и четче, чем мутации-миссенсы, изменяющие смысл кодонов. Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего.- М.,2001. - С. 97.

Страницы: 1, 2, 3