Эволюция материи на биологическом уровне. Иерархия биосистем.

Хотя и достаточно условно, но можно разделить эволюцию материи на этапы. Начинают с уровня макромолекул (более ранний этап нет смысла рассматривать для биосистем). После возникновения атомов трудно определить где объект, а где среда? Миллионы лет жизнь накапливала силы перед новым скачком. Наконец, возникают условия, при которых возможно образование молекул аминокислот и оснований. Когда уже была Земля с океанами, со сменой времен года, днем и ночью, с теплом и стужей, то на ней из каждого цикла геологических эпох материя планеты выходила под действием Солнца эволюционно уже на другой уровень во всех отношениях.

В океане возникают сложные молекулы, появляются аминокислоты и органические основания. В этой среде взаимодействие атомов между собой уже иное. Появляются боковые пептидные связи молекул и их цепочки, к ним присоединяются комплиментарные основания – зачатки редупликации. Образуются молекулы белков, РНК и  ДНК. При усложнении систем усложняется и среда.

Макромолекул много, они «вступают» в борьбу за энергию АТФ и аминокислоту: кто ближе при этом, тот и захватывает вещество. Есть уже короткие и длинные цепочки молекул, происходит их отбор (по Дж. Берналу). «Выживают» молекулы наиболее адекватные среде и среда тоже им соответствует. Иногда происходит скручивание молекул в спираль, иногда они наоборот разворачиваются группой, чтобы совместно удержать плывущие мимо основания. Достижению адекватности макромолекулы среде отвечают и мутации.

Мутации – нарушения в конструкции молекулы, возникающие в силу сходности составляющих её соединений. Это механизм, служащий удовлетворению принципа адекватности. С появлением клетки можно четко говорить, что всё кроме неё – это среда ее обитания.

Клеточный уровень организации материи показал силу мембраны и необходимости структурирования системы. Возникает обмен веществом, энергией и генной информацией. Клетка живет уже сама. Когда же клеток стало много, им стало трудно «жить» в смысле обеспечения энергией и веществом. Возникает новый механизм – рекомбинация (воспроизведение) молекул.

Отбор в мире клеток привел к образованию механизма противодействия среде (за счет вирусов и бактериофагов – разрушителей клеток, бактерий, меняющих структуру белков). В результате остались простейшие организмы, ушедшие с арены борьбы, в адекватном себе окружении.

Второй механизм – объединение клеток в колонии, а колоний в организм с новой мембраной из спецклеток, контактирующих со средой. Усложнение колоний клеток до организма - это грандиозный скачок в эволюционном возникновении мира животных и человека.

У организма, как целого, появились анализаторные системы: зрительная, слуховая и так далее. Двигательный анализатор - это мускулатура, когти, ногти, руки, зубы и прочее.

Из гигантского числа видов организмов выделились те, которые активно взаимодействовали со средой. Внутри видов стало необходимым разнообразие, так появился мужской и женский пол. Такое (половое) разделение обеспечивает оплодотворение в яйце за счет рекомбинации хромосом. Это дает новое сочетание генов. Вырастает организм, отличный от родителей, что порождает изменчивость, поскольку происходит перемешивание генов и выборка новых. Организм с плохой наследственностью ликвидируется самой природой. Выживают лучшие. Удачный выбор партнера дает удачное потомство.

Но на уровне клетки вероятность удачной рекомбинации ДНК может достигать 50%. Возникают новые варианты «мембран» – обособления в стада, но это уже после того, как появились живые организмы – индивидуумы. Появляется социальная черта поведения. Коллективные «идеи» воспитывают потомство. Эти элементы организации имеют новую сложность. Они необходимы для достижения адекватности со средой.

И в природе, и в биосфере, в частности, действует великий закон адекватности организма и среды. В биосфере адекватность устанавливается на уровне сложности и организации. Вещество и энергия биосистемы расходуются в процессе приспособления к среде для изменения взаимодействия между ними. Гибкая перестройка биосистемы возможна лишь на основе закона эквивалентности между веществом, энергией и организацией (информацией).

При усложнении биосистемы материя использует все свойства ионов и молекул, их групп, пептидных связей, пленок из них и так далее. Увеличению разнообразия реакций способствуют мутации и кроссенговер (получение нового кода ДНК внутри одной клетки за счет разъединения молекул ДНК).

Мутация какого-либо гена в ДНК через кодирование может изменить белок, может произойти утрата или перестройка части информации. Мутации вызываются ошибками копирования генетического материала, воздействия вредных веществ или излучений. Оказалось, что не все нуклеотиды равноценны, то есть система как-то подстраивается, обеспечивая свою устойчивость. Хотя обычно мутации редки, но они чрезвычайно важны для эволюции (первый этап её – изменчивость) как первоначальный источник формирования генетической изменчивости.

Для синтеза белка необходимы транспортные тДНК, матричная ДНК, аминокислоты, рибосомы и различные ферменты (инсулин). Рибосомы построены из белка и рибосомной РНК, к каждой из них поставляет аминокислоту свой вид тРНК, а присоединение осуществляется с помощью фермента.

Белки – это основа жизни и через мутации в них закрепляется наследственность. У белков множество функций: они катализаторы (управляющие всеми химическими процессами в организмах - от бактерии до человека), они переносят кислород и запасают его, они служат основой движения как внутри организма, так и организма как целого, они являются опорными веществами для тканей и защищают организм от болезней (бактериофаги). Ф. Энгельс писал по этому поводу: «Жизнь – это способ существования белковых тел существенным моментом которой является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой».

Информация, накопленная в организме посредством ДНК точно передаётся на уровне клеток всего организма и, следовательно, обеспечивает наследственность данного вида организмов. Это вторая стадия великого закона биосферы – эволюции.

И последнее звено эволюции – отбор - понимается так.

На уровне клетки происходит рекомбинация хромосом, на уровне организации – двуполая любовь. Решает все механизм отбора. Система, обладая запасом разнообразия, может в данной среде и не использовать все свои возможности (реакции). Она более выживаемая при возрастающей сложности среды. Такая биосистема для других является средой, то есть она может победить другие системы. Биосистемы, перегнавшие в своем развитии другие по сложности, задают тон в эволюции. Они – движущая сила эволюции. Механизм отбора здесь «карает» отстающих. Таковы вкратце этапы эволюции материи.

Рассмотрим уровни иерархии эволюции материи от элементарных частиц до биосистем с помощью таблицы 7

Таким образом, происходит развитие материи во Вселенной.