|
|
Страница 61 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наукаЗелёные водоросли, в частности, хламидомонада и спирогира [57] считаются наиболее близкими к первичным эукариотам, которым приписывают принципы полового размножения. По отношению к ним термин – половое размножение – применяют без оговорок, хотя это неверно, так как у них нет специфически разных мужских и женских особей.
Генетика клеток связана с понятиями гаплоидного (одинарного) и диплоидного (двойного) набора хромосом в клетке. Важная для дальнейшего особенность хламидомонады – гаплоидный набор хромосом в нормально размножающейся клетке. В терминах конкуренции производства энтропии и стремления к статическому равновесию размножение хламидомонады поясняет схема рис. 5.1. Область выше пунктирной линии есть благоприятные условия. В ней справа размножение хламидомонады путём деления клеток. Метаболизм и размножение гаплоидной ДНК происходит в виде стремления неравновесной системы с подводом энергии к статическому равновесию. В этом процессе действуют критерии запоминания (устойчивости) 2, 3, 5 при синтезе информации (рис. 1.2). Статически гаплоидное состояние ДНК требует большей энергии, отнесенной к ДНК, чем диплоидное. “Благоприятные” условия означают, что при их действии системе хватает производимой энергии для существования и размножения гаплоидной ДНК. При “неблагоприятных” условиях возникает дефицит энергии в клетке. Она отвечает на это переходом к более экономной структуре ДНК и остановкой размножения. Для этого конкретно у хламидомонады как одноклеточного организма сливаются вместе (1 на рис. 5.1) две клетки, которые родственны (получены при делениях одной и той же клетки) или неродственны. Их ядра объединяются. ДНК хламидомонады принимает форму диплоидной зиготы 2. Далее она переходит в форму статически равновесного объекта, который не размножается и защищён прочной оболочкой 3 – клетка приходит в “тупик равновесия”. “Неблагоприятные” условия есть именно то, что останавливает размножение хламидомонады путём деления. Поддержание динамического равновесия становится невозможным по причине недостатка энергии. Совместно со своим окружением ДНК переходит в низкоэнергетическое состояние – “скатывается на дно энергетической ямы” и превращается в неразмножающийся “тупик равновесия”. Клетка совместно со своей диплоидной ДНК как статический равновесный объект более устойчива, чем динамический объект – размножающаяся клетка с гаплоидной ДНК. Это отражают процессы в виде образования прочной оболочки клетки. В таком “законсервированном” состоянии покоя клетка может находиться “неограниченно” долго (опять-таки эти слова относятся к неизменности внешних условий, теперь неблагоприятных). Как только условия вновь станут “благоприятными”, энергетика клетки может вернуться к производительности, разрешающей существование гаплоидного генома (4 на рис. 5.1). Диплоидный геном распадается на два гаплоидных – наблюдаются четыре гаплоидные дочерние особи 5 как результат восстановления у хламидомонады динамического равновесия при “улучшении” условий. В этой схеме есть общее и отличное с размножением прокариот. Общее в размножении прокариот и простейших эукариот: факт размножения с помощью деления; переход к статическому равновесию в “неживой” покоящейся форме и морфологическое упрочнение клетки как объекта; делящаяся клетка производит больше энергии, чем перешедшая к статическому равновесию; переключение размножения и статического равновесия происходит с помощью внешних условий. Отличие в размножении простейших эукариот: для простейшей эукариотической клетки размножение происходит в гаплоидной форме, а статическое равновесие клетки отличается переходом к диплоидной форме. Слияние клеток при ухудшении условий (сопровождающееся слиянием их ядер и ДНК) – это процессы, зависящие как от эукариотической клетки в целом, так и от её ядра. Это свойство клетки существует на иерархически более старшей ступени эволюции (по отношению к прокариотам). Оно возможно не только для клеток – прямых потомков одной особи, но и для клеток с разными предками. Экспериментальный факт – у хламидомонады при ухудшении условий по физико-химическим причинам реализуются обе возможности. Но слияние разных гаплоидных геномов создаёт обмен между ними крупными “осмысленными” комплексами их ДНК. Физико-химические причины в процессе перехода к статическому равновесию и обратно создают новый уровень иерархии случайностей. Общие для прокариот и эукариот энергетические законы привели к отличию – переходы от гаплоидной к диплоидной форме и обратно в силу свойств ДНК как молекулы повышают устойчивость воспроизведения ДНК. Это значительное преимущество в терминах естественного отбора.
Аналогичное иллюстрирует пример спирогиры [57]. Это многоклеточная зелёная водоросль, структура которой задана объединением в цепочку отдельных клеток (рис. 5.2). Две цепочки разных особей спирогиры могут располагаться вплотную или могут контактировать между собой клетки перевивающейся одной цепочки. Между ними возникает мостик (рис. 5.2, 1 - 3). По нему содержимое одной клетки переходит в другую 4. Ядра двух клеток сливаются и образуется диплоидный геном 5. Это возможно как для клеток одной цепочки, так и для разных цепочек. Получившаяся диплоидная клетка – зигота 6 – покрывается прочной оболочкой и переходит в состояние покоя. Она может начать размножение на основе переходного процесса – мейоза. Получается четыре гаплоидных клетки. Три из них гибнут, но из четвёртой развивается новая нить. Собственно пола и в этом случае нет. При таком размножении основа происходящих процессов – слияние-разделение двух произвольных соматических клеток одного или разных организмов биологического вида – переходы: гаплоидный диплоидный геном. В нём присутствует статическое равновесие диплоидной клетки. Но такое размножение называют половым. Избыточность производства энергии есть первичная особенность всех форм жизни. Эволюция эукариотической клетки от организмов типа хламидомонады и спирогиры к высшим формам сопровождается ростом такой избыточности. Стремление к равновесию есть доминирующее. В организме существует широкий диапазон локальных условий метаболизма клеток. Энергии избыток. В результате оказывается запомненным такой случайный вариант размножения одних из клеток, который приводит их к виду не спослобных к размножению тупиков равновесия, реализованных в гаплоидной форме. Она есть состояние с большей энергией. Его существование на старших иерархических ступенях эволюции эукариотической клетки разрешено усовершенствованной отбором энергетикой клетки. Такие клетки пришли в тупик, но не погибли сами. Организм может их прокормить, но, как всякое лишнее, стремится их выбросить наружу. Возникли новые случайности, из которых отбор может запоминать то, что называется половым размножением. Опять основой размножения становится тупиковая нежизнеспособная клетка. Половое размножение основано на возникновении энергетически невыгодной гаплоидной динамически законсервированной “неживой” клетки (физики назвали бы это метастабильным состоянием с инверсной населённостью энергетических уровней). Кавычки в приведенном выше определении “неживой” клетки имеют иной смысл, чем для прокариот или аналогов хламидомонады. Тупиковая половая клетка имеет обмен веществ – функционирует. Её можно назвать поэтому “неживой” только в том смысле, что она самостоятельно не способна размножаться – тупик равновесия. Более того, не сама гаплоидная форма (она была в предистории у размножающихся клеток), а сочетание её особенностей с условиями более старшей ступени иерархии энтропии-информации приводят к тупику размножения. Энергетические отличия половой и соматической клетки при собственно половом размножении приводят к тому, что размножающаяся соматическая клетка имеет диплоидный набор хромосом. Он более устойчив в условиях данной ступени иерархии энтропии-информации. Двухнитевая спираль ДНК имеет преимущества в устойчивости как динамический объект. Кинетически это выражает репарация однонитевых повреждений ДНК в составе двухнитевой структуры. “Половое размножение” простейших эукариот типа хламидомонады неустранимо требует кавычек для слова “пол”. Оно есть синтез информации на основе критериев устойчивости, когда запоминание с участием естественного отбора создаёт тупик жизни – статически равновесную диплоидную клетку, которая на данном иерархическом этапе эволюции жизни не имеет механизмов размножения. Принцип максимума производства энтропии делает самопроизвольными, высоковероятными попытки преодолеть этот статический тупик. Управляющий сигнал в этом случае имеет вид изменения внешних условий, в которых находятся клетки. Запоминание отбором “полового” размножения типа хламидомонады или спирогиры включает в себя важное действие законов синтеза информации. Диплоидный геном есть равновесное состояние ДНК как биомолекулы. Переход в неблагоприятных условиях к диплоидной тупиковой клетке создаёт преимущества в том, что бльшая устойчивость диплоидного генома есть синоним репарации повреждений в процессе превращений размножающегося живого гаплоидного набора хромосом соматической клетки в диплоидный у зиготы и наоборот. Эволюция, усовершенствующая энергетику эукариотической клетки, лишает диплоидную форму ДНК статуса “неживого” равновесного объекта. Диплоидный геном получает возможность быть информацией для динамических процессов метаболизма. Как динамически равновесный объект он должен обладать устойчивостью. Этот общефизический закон находит кинетическое выражение в эффективных механизмах репарации повреждений, использующих именно диплоидность генома. Удивительно “целесообразные” репарационные процессы в двухнитевой ДНК возможны потому, что она должна быть динамически устойчивой. Механизмы и кинетика репарации повреждений ДНК сложны. Причина их существования – элементарно проста: общие законы устойчивости рис. 1.2 есть первичная причина репарационных процессов в двухнитевой ДНК.
Категория: Библиотека » Философия Другие новости по теме: --- Код для вставки на сайт или в блог: Код для вставки в форум (BBCode): Прямая ссылка на эту публикацию:
|
|