2. 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 не-переривний 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 30 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 кінці 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 дезоксірибонуклеїнової кислоти (ДНК). В свою чергу ДНК єви-доспецифічною сполукою і несе генетичну інформацію у вигляді певної послідовності азотистих основ (нуклеотидів) пурінового [аденін (А) і гуанін (//)] та піримідінового [тимін (7) і цитозін (Ц)] хімічних рядів. Спарювання азотистих основ відбувається суворо по схемі: А - Т і Г- Ц, що називається принципом комплементарності (взаємодорівнюваності). Кожен ген (від грецького genos — родина, походження) є елементарною одиницею спадковості і представляє собою частку молекули ДНК, 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 ^ +    відображає видову специфічність структури ДНК

(наприклад, для людини це співвідношення становить 0,66; для миші — 0,81 і так далі). Сама ДНК складається з двох, спрямованих у протилежні боки ланцюгів. Пуринові (А, Г) і піримідінові (Т, Ц) 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 (ДНІГ), 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, авста-тевих 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, іна 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 діляціг), 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.