Надійність біологічних систем як загальний закон індивідуального розвитку. Природа спадковості

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Надійність біологічних систем як загальний закон індивідуального розвитку. Природа спадковості

Відомо, що в основі як філогенетичного (видового) так і онтогенетичного (індивідуального) розвитку лежать три якості: обмін речовин, енергії та інформації, відтворювання (розмноження) і надійність біологічних систем.

Обмін речовин є найважливішою властивістю живої матерії: поки є обмін речовин -- доти є і життя. Під обміном речовин розуміють непереривний процес обміну між організмом і зовнішнім середовищем білків, жирів, вуглеводів, води, мікроелементів та енергії.

Відтворення - основа продовження життя, накопичення та закріплення еволюційних якостей. Відтворення властиво як окремим клітинам організму (у вигляді поділу клітин) так і цілому організму (у формі вегетативного або статевого розмноження).

Надійність біологічної системи -- це такий рівень запасу функціональних і регуляторних резервів всіх елементів організму, який забезпечує оптимально сталу діяльність цього організму в динамічних умовах оточуючого середовища. Надійність є основою виживання, адаптаційно-пристосувальних властивостей та багатьох надмірних можливостей організму, в тому числі що до розумового та фізичного вдосконалення.

Усі живі істоти, окремі органи, тканини і навіть клітини розвиваються із запасом надійності. Наприклад, стегнова кістка людини, як вказувалось вище, витримує навантаження 1,5 тони, а велика гомілкова кістка -- 1,65 тони, що в ЗО разів перебільшує звичні поточні навантаження на ці кістки. Альвеолярна система легень здатна засвоювати за 1 хв. до 17000 мл кисню, в той час як навіть при самому потужному фізичному навантаженні потреби організму не перебільшують 5000 мл. Потенціальні можливості нервової системи за все життя використовуються лише на 7-15 %, і ці приклади можна продовжувати.

За даними А. А. Маркосяна (1974) існує чотири рівня надійності біологічних систем:

* надмірність елементів управління та окремих структур організму;

* взаємозаміна засобів регулювання чи елементів окремих структур коли, наприклад, відбувається нервова або гуморальна регуляція; коли одна нирка може взяти на себе функції другої нирки та ін.;

* здатність швидкого повернення рівня діяльності органів і систем після активності до стану сталості;

* динамічність взаємодії ланцюгів всіх систем організму.

Надійність живих систем в основному закріплена генетично і передається у спадщину. Разом з цим, деякі елементи надійності можуть набуватись в онтогенезі, що особливо властиво людям і відбувається шляхом тренування м'язової сили, витривалості, рухових якостей, створення трудових стереотипів та ін. Увагу фізичним тренуванням та їх якості слід надавати з самого дитинства людини.

В кінні цього розділу доцільно коротко розглянути механізм передачі спадкової, детермінованої генами, інформації що до розвитку людини. Як відомо, людина отримує у спадщину від батька і матері весь свій біологічний фонд, тобто усі вроджені якості свого організму: колір очей та волосся, форму тіла та окремих його частин, властивості нервової системи і т. д. Вся спадкова інформація у більшості живих істот на Землі, в тому числі і у людей, передається генами і закодована за допомогою дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). В свою чергу ДНК є видоспецифічною сполукою і несе генетичну інформацію у вигляді певної послідовності азотистих основ (нуклеотидів) пурінового [аденін (А) і гуанін (Г)] та піримідінового [тимін (7) і цитозін Щ)] хімічних рядів. Спарювання азотистих основ відбувається суворо по схемі: А - Ті Г- Ц, що називається принципом комплементарності (взаємодорівнюваності). Кожен ген (від грецького gems -- родина, походження) є елементарною одиницею спадковості і представляє собою частку молекули ДИК, яка нараховує 1000-1500 нуклеотидів. Окремі гени визначають будову окремих білків живої клітини і, таким чином, приймають участь у створенні характерних ознак, або властивостей певного організму. Сукупність генів, що передають всю спадкову інформацію про видові та індивідуальні особливості конкретного організму, називається генотипом.

Різні види тварин та рослин мають різний порядок розташування і молекулярний набір азотистих основ в ДНК, але завжди молярне співвідношення А-Т і Г-Ц =1, що називається принципом Чаргафа, а відношення Г+Ц, А+Т відображає видову специфічність структури ДНК (наприклад, для людини це співвідношення становить 0,66; для миші -- 0,81 і так далі). Само ДНК складається з двох, спрямованих у протилежні боки ланцюгів. Пуринові (А, Г) і піримідінові (Т, ІД) основи розміщуються перпендикулярно до осі молекули ДНК таким чином, що аденін одного ланцюга з'єднується нестійкими водневими зв'язками тільки з тиміном протилежного ланцюга, а гуанін тільки з цитозіном. Таким чином, молекула ДНК представляє собою спіраль із двох ланцюгів, відстань між якими становить всього 10 ангстрем (1 ангстрем -- 1/100000000 см).

ДНК, разом з гістоновими та не гістоновими білками та молекулами рибонуклеїнової кислоти (РНК) утворює тяж дезоксірибонуклеопротеід (ДНП), який називається хроматином. У структурі хроматину, ДНК становить 30-40 %, а білки 60-70 % всієї маси. До складу хроматину входить також 3-4 % ліпідів та іони кальцію, магнію і заліза, які потрібні для роботи ферментів, здійснюючих процеси транскрипції (відтворення, повторення) ДНК при поділі клітин. Під час поділу клітин хроматин стає компактним і формується у хромосоми (товщина кожної до 100 ангстрем) по схемі: два хроматинових тяжа утворюють фібрилу, дві фібрили складають полухроматиду; дві полухроматиди складають хроматиду і, нарешті, дві хроматиди складають одну хромосому. Набір усіх хромосом у кожній клітині організму містить повну генетичну інформацію (генотип), що до розвитку та функцій цієї клітини, а в статевих клітинах -- всю інформацію, що до розвитку всього організму.

Відомо, що всі клітини в організмі вищих тварин, у тому числі і людини, поділяються на соматичні, що мають подвійний (диплоїдний) набір хромосом (2п) і є клітинами тіла та всіх органів, і на статеві (гамети), що під час свого дозрівання створюють одинарний (гаплоїдний) набір хромосом (1п). Індивідуально специфічний хромосомний комплекс усіх клітин кожного виду тварин або рослин називається каріотипом. У людини каріотип соматичних клітин налічує 46 хромосом, а статевих, відповідно, 23 хромосоми. У жіночих клітинах є дві XX хромосоми, а у чоловічих дві ХУ хромосоми. При заплідненні, жіноча і чоловіча гамети зливаються, утворюючи зиготу (зародок) в якому подвійний набір хромосом складається з галоїдного набору цих хромосом від батька і матері, що і обумовлює спільні якості майбутнього організму дитини. При цьому можливо, що особливості одного із батьків будуть переважати і тоді відповідні якості більш проявляються у дитини. Процес точної передачі генотипу від батьків до дитини здійснюється за допомогою інформаційної рибонуклеїнової кислоти (і-РНК), яка здатна створювати копії з ДНК і цей процес називається реплікацією, інші РНК, що називаються транспортними (т-РНК) здатні переносити цю інформацію новостворюваним білкам нового організму у вигляді певної послідовності амінокислот цих білків і цей процес називається транскрипцією. Гени під дією різних фізичних, хімічних та інших факторів можуть змінювати свої певні ділянки, що називається мутацією. Мутації пов'язані з порушеннями нормальної послідовності нуклеотидів в ДНК (наприклад, із заміною однієї пари нуклеотидів іншою парою, з випадінням деяких нуклеотидів (явище діляції), або з їх подвоєнням (явище дуплікації), В результаті можуть виникати нові алелі (лінії) нащадків, з ознаками, яких не мали батьки і які можуть бути домінантними (переважаючими) або рецесивними (пригніченими). Домінантні ознаки (наприклад, від одного із батьків) і визначають перевагу ознак відповідного предка у дитини (тобто у фенотипі). Спонтанні (випадкові) позитивні мутації обумовлюють генетичну мінливість, що є основою прогресивних еволюційних змін у природі. Негативні мутації стають основою різноманітних вроджених вад розвитку дітей або, навіть, основою дитячої смертності.

Після народження діти ростуть та розвиваються в різноманітних умовах природного та соціального середовища, що май же завжди значно впливає на хід реалізації їх генотипу і формування індивідуальних якостей фенотипу.

2. Акселерація і ретардація розвитку

Проблема акселерації, або прискореного розвитку, є дуже актуальною для сучасних науковців, педагогів та соціологів. Це явище було зафіксоване та спостерігається на протязі останніх 100 років і має місце майже серед усіх народів земної кулі. На сьогодні є підстави говорити про біологічну та соціальну акселерацію.

Біологічна акселерація стосується усіх тих змін, котрі пов'язані з біологією розвитку людини. Безумовно, що сама по собі біологія розвитку завжди реалізується в певних соціальних умовах і таким чином соціально детермінована.

Під чисто соціальною акселерацією розуміють збільшення об'єму знань та прискорення розумового розвитку сучасних дітей відносно їх однолітків, які жили 50-70 років і більше тому назад.

Біологічна акселерація торкнулась, перш за все, збільшення показників морфологічного і функціонального розвитку людства. Наприклад, у наш час діти народжуються з більшою довжиною тіла, ніж у 1930-40 роках в середньому на 1,5-2,0 см; у віці одного року московські діти на 2 см вищі, ніж їх однолітки 1930 року, і на 5 см вище однолітків 1901-1905 років. У трьохрічних хлопчиків це перебільшення (відносно дітей 1901-1905 років) досягає 15,5 см. У польських та німецьких трьохрічних дітей тільки за останні 30 років зріст збільшився на 4-5 см.

Довжина тіла семирічних хлопчиків Росії більше ніж у однолітків 1901-1905 років в середньому на 9 см, у 12-річних дітей це перебільшення становить 6-7 см. У 11-річних дітей Північної Ірландії за 15 останніх років довжина тіла зросла на 5 см; у хлопчиків та дівчаток Англії (у віці 8-12 років), за останні 40 років довжина тіла збільшилась на 7,5-13 см. Зріст 14-17 річних підлітків та юнаків Москви, Санкт-Петербургу та Києва (відносно 1925 року) збільшився на 10-13 см. Ці приклади можна продовжувати і всі вони яскраво свідчать про акселерацію росту: якщо у 1925 році юнаки східної Європи (Росія, Білорусь, Україна, Польща, Угорщина) мали в середньому зріст 167-172 см, то у 1980 році він становив 175-180 см. Таким чином спостерігається наближення середньої довжини тіла до верхнього рівня норми (180-182 см), яка склалась в віках для гармонічно розвинутих пропорцій тіла людини.

Має місце також акселерація строків росту довжини тіла людей: якщо у 1940 році зростання росту закінчувалось для дівчат у 20 років, а для юнаків--у 25, то тепер (2000 рік)--відповідно у 17 і 20 років. Серед сучасних дітей відмічається також прискорене дозрівання сили м'язів, більш раннє формування зорових, слухових, емоційних та мовних функцій. Так, наприклад, підлітки 2001-2005 років в середньому на 2--5% швидше бігають, вище і далі стрибають, мають більшу силу м'язів кісті, ніж їх однолітки 30-х років минулого століття.

Маса тіла сучасних дітей також наростає значно швидше, чим це може бути обумовлено збільшенням довжини тіла. Вважається, що це явище може бути пов'язане, перш за все, зі змінами якості їжі: вона стала більш калорійною і різноманітною як для вагітних жінок, так і для самих дітей. Маса тіла сучасних новонароджених, відносно однолітків 1940 року, збільшилась майже на 200 г, тоді як на 1 см приросту довжини тіла це збільшення повинно становити всього 6-7 г. Сучасні діти у віці 1 року на 1,5-2,0 кг важчі, ніж їх однолітки 50 років тому назад. За даними ряду міст Європи, за останні 90-100 років маса тіла 13-річних хлопців зросла на 12 кг, а дорослих людей -- в середньому на 9 кг. Безумовно, що таке значне збільшення маси тіла людей може бути обумовлене не тільки акселерацією, а і збільшенням кількості їжі, що вживається. Результатом цього є поширення явищ ожиріння серед сучасних людей, що особливо несприятливо для дітей. Ожиріння сприяє формуванню значних змін обмінних процесів у клітинах, обумовлює виникнення багатьох, пов'язаних з цим, захворювань: цукрового діабету, атеросклерозу, гіпертонії, відхилень у роботі серця і т. д. Проблеми боротьби з ожирінням дітей дуже актуальні для багатьох держав світу: у Європі нараховується до 6 % дітей з ожирінням, у США -- 10-40 %, в Україні -- до 8 %.

Дуже важливе значення мають явища акселерації при розвитку та при дозріванні багатьох фізіологічних систем. Так, наприклад, окостеніння кісток у сучасних дітей завершується на 1-2 роки раніше, ніж у їх однолітків в 1940 році. На ці ж строки змістилась і зміна молочних зубів на постійні.

Статеве дозрівання у сучасних підлітків також завершується на 2-3 роки раніше, ніж на початку минулого століття. Наприклад, початок місячних у сучасних дівчат реєструється в 12,5-14 років, тоді як у 1940 р. це відбувалося у 16-17 років, до того ж у міських дівчат статеве дозрівання починається на 2-3 роки раніше, ніж у сільських.

У сучасних жінок також на 7-8 років збільшився дітородний період (Так, якщо у 1940 році він тривав до 43-44 років, то тепер -- до 48-50 років).

Виділяється декілька гіпотез акселерації, серед яких можна назвати, як вказувалось вище: геліогенну гіпотезу (зростання інтенсивності сонячного випромінювання), гіпотезу гетерозії (розширення кордонів шлюбних стосунків, що змінило спадкоємність), гіпотезу урбанізації (перехід значної частини населення до проживання у великих містах), нутрівну гіпотезу (зміну складу їжі, її вітамінізацію) та ін.

Наявність акселерації треба враховувати при складанні та вдосконаленні навчальних програм освіти та фізичного виховання дітей різного віку.

Як свідчать М.М.Безруких із співавт. (2002); І.М.Маруненко із співавт. (2004) акселерація має тимчасовий характер і у філогенезі людства може змінюватись на протилежні процеси затримки розвитку, що має назву ретардація. Відомо, наприклад, що в стародавні та середні віки людство в основному мало невеликі розміри тіла. Приблизно у 1J-V1 ст. нашої ери фізичні розміри людей наближались до сучасних. З VIII до XVI ст. мала місце певна стабільність та ретардація параметрів розвитку, а з кінця XIX ст. знову почалася хвиля акселерації, підйом якої на сьогодні (2006 рік) практично припинився, про що свідчать антропометричні дослідження останніх 5-10 років в Росії, країнах Європи і Америки. Встановлено також певні територіальні та популяційні особливості процесів акселерації. Наприклад, у південних країнах (у Японії, Кореї, Китаї та інших) акселерація почалася значно пізніше, ніж на заході і зараз активно триває, а у деяких країнах Південної Америки проявів акселерації у ХІХ-ХХ ст. взагалі не спостерігалось. спадковість еволюційний біологічний акселерація

Размещено на Allbest.ru