АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Потоки информации в биосфере

Потоки энергии и вещества в биосфере неразрывно связаны с потоками информации. Возможно, что способность восприни­мать, накапливать и использовать информацию является одной из главных особенностей живого вещества. Эта способность не­разрывно связана с построением упорядоченных структур, то есть со способностью живой природы, используя поступающую извне энергию, уменьшать свою энтропию¹³.

Благодаря биологической эволюции живые организмы выра­ботали множество механизмов адаптации, то есть приспособле­ния к условиям жизни. Более того, само строение и физиология организмов есть результат адаптации. Первое, чему должны были научиться живые организмы, — это различать в окружаю­щей среде молекулы и частицы, пригодные в пищу, от инертных или опасных. Так возникли хеморецепторы, сохраненные у рас­тений и высших животных в виде вкуса и обоняния. Это уже ин­формационная связь организма с внешним миром. Как только образовалась живая клетка и в ней специализированные орга-

¹³ Чем сложнее упорядоченная структура системы, тем больше данных требу­ется для её описания, то есть больше её информационное содержание. Одним из выдающихся достижений науки XX века можно считать понимание, что энтро­пия, взятая со знаком минус, характеризует количество информации, содержа­щееся в системе.

неллы, потребовался обмен информацией между ними. Перво­начально обмен веществ и энергией внутри клетки являлся од­новременно и обменом информационными сигналами. Однако нуклеиновые кислоты (ДНК и информационная РНК) стали вы­полнять преимущественно информационные функции. По мере усложнения органических структур появились гормоны и гормо-ноподобные вещества с их чисто информационно-командными функциями. Специализированные железы внутренней секреции, генерирующие эти вещества, образовали эндокринную систему управления организмом. Мольные концентрации гормонов в живом организме ничтожны — они находятся в пределах 1(Г'²—10 ⁹, но их оказывается достаточно для управления важ­нейшими внутренними процессами.

С увеличением размеров животные уже не могли обходиться только химическими информационными связями. Слишком мед­ленными оказываются процессы передачи информации. Так поя­вилась нервная система, использующая быстрые электрические сигналы, и новые органы чувств {рецепторы) — зрение и слух, да­ющие информацию об окружающей среде на больших расстояни­ях и практически мгновенно. Увеличение количества и качест­венные изменения поступающей извне информации, а также не­обходимость согласованных движений всех органов тела привели к образованию центральной нервной системы. При этом железы внутренней секреции, занимающие наивысшее положение в эн­докринной системе — гипоталамус и гипофиз, расположились в головном мозге (скорее мозг возник вокруг них) и обеспечивают согласование действий нервной и эндокринной систем.

Вероятно, ещё до образования нервной системы появились механизмы информационных связей между отдельными особями в популяции. Первоначально это были химические информаци­онные связи, которые широко используются и высшими живот­ными. Специализированными органами таких связей являются экзокринные железы, выделяющие во внешнюю среду феромо­ны — вещества, несущие информацию к другим особям данного вида. К настоящему времени широко изучены феромонные свя­зи у многих видов насекомых, особенно общественных — пчёл, муравьев, саранчи. Чувствительность обоняния к этим вещест­вам поразительна. По-видимому, в некоторых случаях перенос­чиком сигнала оказываются единичные молекулы. Существуют феромоны немедленного действия, влияющие непосредственно На нервную систему. Это феромоны тревоги или опасности, фе-

102

Часть I. Введение в экологию

Глава 3. Биосфера

103

ромоны — указатели пути к пище, феромоны — аттрактанты («привлекатели»), действующие в периоды спаривания и раз­множения. Другие феромоны воздействуют через эндокринную систему и вызывают физиологические изменения в организме. Таким образом регулируется рост молодых особей в стаях саран­чи, регулируется состав колоний пчёл, муравьев и термитов (когда нужно, в колонии появляются рабочие особи, особи — солдаты или матки — царицы колоний). Существуют явные до­казательства того, что феромоны есть и у млекопитающих, в том числе и у человека. Возможно, что именно с феромонами связа­ны мгновенно и «интуитивно» возникающие чувства симпатии или антипатии между людьми.

Огромная чувствительность свойственна не только обоняте­льным рецепторам. У многих видов развита предельно допусти­мая чувствительность зрения и слуха. Например, глаза кошки или совы реагируют на одиночные кванты света, а острота слуха у многих животных ограничивается молекулярными шумами.

С развитием нервной системы у животных появилась спо­собность обмена зрительными и звуковыми сигналами, а следом за тем и способность к обучению потомства. Эта последняя спо­собность неразрывно связана с появлением головного мозга и свободной, незаполненной изначально памяти. Накопленная живым организмом информация разделилась на врождённую, переданную химическим путём от предков, и благоприоб­ретённую, полученную сигнальным путём за счёт обучения и собственного опыта.

Важнейшим свойством живого вещества, принципиально от­личающим его от косной материи, является передача наследст­венной информации из поколения в поколение. Эта связь осу­ществляется с помощью генетического кода, носителями кото­рого служат нуклеиновые кислоты.

Генофонд, или совокупность всей наследственной информа­ции, накопленной в процессе эволюции, является величайшей ценностью на Земле. К настоящему времени наукой описано бо­лее 1,5 млн видов и предполагается, что всего на Земле обитает порядка 10 млн видов.

Принципиальным адаптационным шагом в эволюции ока­зался переход от вегетативного к половому размножению. Дело в том, что под воздействием внешних факторов, прежде всего ра­диационного фона, химических веществ и вирусной инфекции, в спиралях дезоксирибонуклеиновой кислоты возникают нару-

шения или мутации, то есть наследственная информация может портиться. При вегетативном, бесполом размножении у популя­ции нет иного способа исправить эти нарушения кроме гибели носителей вредных мутаций. Половое размножение даёт воз­можность корректировать ошибки, возникшие в генетическом коде, так как вероятность одинаковых нарушений у обоих роди­телей мала. Именно поэтому опасны браки между кровными родственниками, когда вероятность одинаковых хромосомных дефектов у обоих родителей резко возрастает, и, напротив, по­томство отдалённых генетических линий бывает особенно силь­ным и жизнеспособным.

Среди множества вредных или даже летальных (то есть смер­тельных) мутаций появляется некое число полезных, дающих преимущества организмам-носителям. Так путём проб и ошибок происходит естественный отбор.

При вегетативном размножении говорить об индивидуаль­ном биологическом возрасте особи в принципе бессмысленно. Понятие возраста особи возникает вместе с половым размноже­нием, причём механизм запрограммированного старения поя­вился, скорее всего, на поздних этапах эволюции. Такие древ­ние виды, как крокодилы, черепахи или акулы, ещё этого меха­низма, по-видимому, не имеют. Они потенциально бессмертны и погибают от болезней, врагов или в силу изменения условий обитания. Запрограммированное старение и смерть от старо­сти — пример адаптационного признака, полезного для вида в целом, но не для отдельного организма. Они обеспечивают сме­ну поколений и отбор генофонда в популяции, позволяющие ей эффективно адаптироваться к постепенным изменениям среды обитания.

Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 1368 | Нарушение авторских прав