Правила биологии: Журнал общей биологии. Правила для авторов — Information for authors

Школа молекулярной и теоретической биологии

---

Программа Школы предназначена для старшеклассников и нацелена на интеграцию участников в рабочий процесс научных исследований в лабораториях. Заявки на участие заполняются в электронном виде. До заполнения заявки мы просим ознакомиться с информацией, представленной на сайте Школы. В заявке на участие старшеклассник описывает свои учебные достижения и интересы в области науки, а также мотивацию на участие в нашей школе.

Рассмотрению подлежат все полные заявки на русском и английском языках, вне зависимости от гражданства и места проживания школьника. Заявки будут рассматриваться от школьников, в том числе заканчивающих 11 класс. Программа Школы в целом предназначена для уровня знаний, характерного для старших классов. Мы просим школьников, еще не перешедших в 9-й класс, отдельно прокомментировать свой уровень знаний молекулярной биологии и собственную оценку возможности полноценного взаимодействия со школьниками старших классов.

Обязательным требованием является самостоятельное заполнение заявки школьником. Неоформленное цитирование любых источников в тексте заявки считается плагиатом. Все заявки, в которых обнаружен плагиат, не будут рассмотрены в текущем конкурсе. Школьники, получившие предупреждение об использовании некорректного заимствования в текущем наборе, смогут подать заявки на будущие сезоны ШМТБ. В случаях повторной подачи приёмная комиссия ШМТБ оставляет за собой право на проведение дополнительного собеседования.

Заявка на участие в Школе включает письмо поддержки от любого другого человека. Этим человеком может быть кто-то из родителей, учителей или просто друг или одноклассник – по выбору самого старшеклассника. Мы настоятельно рекомендуем избегать ситуаций, когда письмо пишется самим старшеклассником и отдаётся на подпись другому человеку. При возникновении трудностей с поиском такого человека, мы просим написать нам, чтобы мы могли решить этот вопрос в частном порядке.

После того как подача заявок окончена, они рассматриваются приемной комиссией. При рассмотрении заявок комиссия оценивает всю заявку целиком, учитывая всю предоставленную информацию. Иногда, прежде чем принять решение, комиссия может провести собеседование со старшеклассником по телефону или с помощью интернет-связи. Комиссия не комментирует свои решения и причины, по которым они были приняты, а также не комментирует содержание конкретных заявок.

После того как комиссия утверждает список финалистов, мы просим прошедших конкурс школьников подтвердить своё участие в ШМТБ – настолько быстро, насколько это возможно. Участие в Школе осуществляется на конкурсной основе. Если прошедший конкурс школьник по тем или иным причинам не может принять участия в Школе, мы должны знать об этом заранее, чтобы освободившуюся вакансию мог занять кто-то другой.

Школа молекулярной и теоретической биологии исключает дискриминацию во всех своих видах деятельности, в том числе в процессе набора школьников, по расовым признакам, цвету кожи, вероисповеданию или отсутствию такового, национальному происхождению, полу, семейному положению, возрасту, сексуальной ориентации, инвалидности или по любым другим потенциально дискриминационным факторам или признакам.

Школа Молекулярной и Теоретической Биологии была основана Фондом Дмитрия Зимина «Династия» в 2012 году. С 2016 года основную поддержку ШМТБ осуществляет Zimin Foundation (www.ziminfoundation.org).

БИОЛОГИЯ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

БИОЛОГИЯ, наука о жизни, включающая все знания о природе, структуре, функциях и поведении живых существ. Биология имеет дело не только с великим множеством форм различных организмов, но также с их эволюцией, развитием и с теми отношениями, которые складываются между ними и окружающей средой.

Биологические науки можно классифицировать разными способами. Если исходить из типа изучаемых организмов, то двумя главными категориями будут ботаника, изучающая представителей царства растений, и зоология, имеющая дело с царством животных. Существуют и более мелкие подразделения. Так, например, ихтиология изучает рыб, орнитология – птиц, микология – грибы и т.д. Другие области биологии – это анатомия, физиология и эмбриология, исследующие соответственно структуру, функционирование и развитие целого организма или какой-либо его части. В свою очередь в пределах этих наук можно выделить специализации, связанные с типом изучаемых организмов; примеры тому – физиология животных, физиология растений, физиология человека или паразитология, объектом которой служат организмы, живущие внутри других организмов и использующие их в качестве источника пищи.

Основными структурными элементами, из которых состоят тела живых существ, являются клетки. Их строение, состав и функции изучает цитология. Другая биологическая наука, гистология, имеет дело со свойствами и структурой тканей, т.е. групп однотипных клеток, выполняющих в организме сходную функцию. Механизмы, посредством которых признаки, свойственные особям одного поколения, передаются следующим поколениям, исследует генетика. Классификацией животных и растений и установлением их родственных связей занимается таксономия, а изучением ископаемых остатков живых существ – палеонтология. Взаимоотношения организмов с окружающей средой составляют предмет экологии.

Новейшие физические и химические методы исследования позволяют количественно изучать молекулярные структуры и явления, лежащие в основе всех биологических процессов. Данное направление, затрагивающее сразу несколько биологических дисциплин, называют молекулярной биологией.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ

Вплоть до начала 20 в. биологи были убеждены в том, что все живое принципиально отличается от неживого и в этом отличии есть какая-то тайна. В настоящее время благодаря значительно возросшему объему знаний в области химии и физики живой материи стало ясно, что жизнь может быть объяснена в обычных понятиях химии и физики. Ниже кратко излагаются основные концепции современной биологии, касающиеся самого феномена жизни.

Биогенез.

Все живые организмы происходят только от других живых организмов, и из этого правила нет исключений. Не совсем ясно, можно ли считать живыми субмикроскопические фильтрующиеся вирусы, но нет сомнений в том, что появление их в большом количестве в среде возможно только за счет размножения тех вирусов, которые уже попали туда раньше. Из невирусного вещества вирусы не возникают.

Клеточная теория.

Одно из наиболее фундаментальных обобщений современной биологии – это клеточная теория, согласно которой все живые существа, включая растения и животных, состоят из клеток и продуктов выделения клеток, а новые клетки образуются путем деления существующих. Все клетки демонстрируют также сходство в основных компонентах химического состава и в основных метаболических реакциях, а активность всего организма представляет собой сумму индивидуальных активностей составляющих этот организм клеток и результатов их взаимодействия.

Генетические механизмы и эволюция.

Генетическая теория гласит, что признаки особей каждого поколения передаются следующему поколению через единицы наследственности, называемые генами. Крупные сложные молекулы ДНК состоят из четырех типов субъединиц, называемых нуклеотидами, и имеют структуру двойной спирали. Информация, содержащаяся в каждом гене, закодирована особым порядком расположения этих субъединиц. Поскольку каждый ген состоит примерно из 10 000 нуклеотидов, выстроенных в определенной последовательности, существует великое множество комбинаций нуклеотидов, а соответственно и множество различных последовательностей, являющихся единицами генетической информации.

Определение последовательности нуклеотидов, образующих определенный ген, стало теперь не только возможным, но даже довольно обычным делом. Более того, ген можно синтезировать, а затем клонировать, получив таким образом миллионы копий. Если какое-то заболевание человека вызвано мутацией гена, который в результате не функционирует надлежащим образом, в клетку может быть введен нормальный синтезированный ген, и он будет выполнять необходимую функцию. Эта процедура называется генной терапией. Грандиозный проект «Геном человека» призван выяснить нуклеотидные последовательности, образующие все гены человеческого генома.

Одно из важнейших обобщений современной биологии, формулируемое иногда как правило «один ген – один фермент – одна метаболическая реакция», было выдвинуто в 1941 американскими генетиками Дж.Бидлом и Э.Тейтемом. Согласно этой гипотезе, любая биохимическая реакция – как в развивающемся, так и в зрелом организме – контролируется определенным ферментом, а фермент этот в свою очередь контролируется одним геном. Информация, заложенная в каждом гене, передается от одного поколения другому специальным генетическим кодом, который определяется линейной последовательностью нуклеотидов. При образовании новых клеток каждый ген реплицируется, и в процессе деления каждая из дочерних клеток получает точную копию всего кода. В каждом поколении клеток происходит транскрипция генетического кода, что позволяет использовать наследственную информацию для регуляции синтеза специфических ферментов и других белков, существующих в клетках.

В 1953 американский биолог Дж.Уотсон и британский биохимик Ф.Крик сформулировали теорию, объясняющую, каким образом структура молекулы ДНК обеспечивает основные свойства генов – способность к репликации, к передаче информации и мутированию. На основании этой теории оказалось возможным сделать определенные предсказания о генетической регуляции синтеза белка и подтвердить их экспериментально.

Развитие с середины 1970-х годов генной инженерии, т.е. технологии получения рекомбинантных ДНК, значительно изменило характер исследований, проводимых в области генетики, биологии развития и эволюции. Разработка методов клонирования ДНК и проведения полимеразной цепной реакции позволяют получать в достаточном количестве необходимый генетический материал, включая рекомбинантные (гибридные) ДНК. Эти методы используются для выяснения тонкой структуры генетического аппарата и отношений между генами и их специфическими продуктами – полипептидами. Вводя в клетки рекомбинантную ДНК, удалось получить штаммы бактерий, способные синтезировать важные для медицины белки, например человеческий инсулин, гормон роста человека и многие другие соединения.

Значительный прогресс был достигнут в области изучения генетики человека. В частности, проведены исследования таких наследственных болезней, как серповидноклеточная анемия и муковисцидоз. Изучение раковых клеток привело к открытию онкогенов, превращающих нормальные клетки в злокачественные. Исследования, проводимые на вирусах, бактериях, дрожжах, плодовых мушках и мышах, позволили получить обширную информацию, касающуюся молекулярных механизмов наследственности. Теперь гены одних организмов могут быть перенесены в клетки других высокоразвитых организмов, например мышей, которые после такой процедуры называются трансгенными. Чтобы осуществить операцию по внедрению чужеродных генов в генетический аппарат млекопитающих, разработан целый ряд специальных методов.

Одно из наиболее удивительных открытий в генетике – это обнаружение двух типов входящих в состав генов полинуклеотидов: интронов и экзонов. Генетическая информация кодируется и передается только экзонами, функции же интронов до конца не выяснены.

Витамины и коферменты.

Открытие этих веществ, которые не являются солями, белками, жирами или углеводами, но вместе с тем необходимы для полноценного питания, принадлежит американскому биохимику польского происхождения К.Функу. С 1912, когда Функ обнаружил витамины, началось интенсивное исследование их роли в метаболизме и выяснение того, почему в пищевом рационе одних организмов должны обязательно присутствовать определенные витамины, а в рационе других их может и не быть. Сейчас твердо установлено, что соединения, которые мы относим к витаминам, необходимы для нормального метаболизма всех живых существ, включая бактерии, зеленые растения и животных, однако, если некоторые организмы способны синтезировать эти соединения сами, другие должны получать их с пищей в готовом виде. Для многих витаминов в настоящее время уже выяснена их специфическая роль в метаболизме. Во всех случаях они функционируют как часть большой молекулы вещества, названного коферментом. Кофермент служит своего рода партнером фермента и субстратом для осуществления некоторых реакций. Авитаминоз, возникающий при недостаточности того или иного витамина, есть следствие нарушений в метаболизме, вызванных нехваткой кофермента.

Гормоны.

Термин «гормон» был предложен в 1905 английским физиологом Э.Старлингом, который определил его как «любое вещество, в норме выделяемое клетками в какой-то одной части тела и переносимое кровью в другие части тела, где оно проявляет свое действие во благо всего организма». Можно сказать, что эндокринология (изучение гормонов) началась с 1849, когда немецкий физиолог А.Бертольд осуществил пересадку семенников от одной птицы к другой и предположил, что эти мужские половые железы выделяют в кровь какое-то вещество, определяющее развитие вторичных половых признаков. Само же это вещество – тестостерон – было выделено в чистом виде и описано только в 1935.

Животные (как позвоночные, так и беспозвоночные) и растения вырабатывают большое число разных гормонов. Все гормоны образуются в каком-то небольшом участке организма, а потом переносятся в другие его части, где, присутствуя в очень низких концентрациях, оказывают исключительно важное регуляторное и координирующее действие на активность клеток. Таким образом, основная роль гормонов – это химическая координация, дополняющая координацию, осуществляемую нервной системой.

Экология.

Согласно одной из важнейших обобщающих концепций современной биологии, все живые организмы, обитающие в определенном месте, тесно взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой. Определенные виды растений и животных распределены в пространстве не случайным образом, а образуют взаимозависимые сообщества, состоящие из продуцентов, консументов и редуцентов и связанные с определенными неживыми компонентами среды. Подобные сообщества могут быть выявлены и охарактеризованы по доминирующим видам; чаще всего это виды растений, дающие пищу и укрытие другим организмам. Экология призвана ответить на вопросы – почему те или иные виды растений и животных образуют определенное сообщество, как они взаимодействуют между собой и как влияет на них человеческая деятельность.

Особенности живых организмов.

Живые организмы не содержат какого-либо особого химического элемента, которого не было бы в неживой природе. Наоборот, основные составляющие их элементы – углерод, водород, кислород и азот – довольно широко распространены на Земле. В очень небольших количествах в составе живых организмов присутствует, кроме того, множество других химических элементов. Все живые существа в большей или меньшей степени могут быть охарактеризованы по таким признакам, как размеры, форма тела, раздражимость, подвижность, а также особенности метаболизма, роста, размножения и адаптаций. Способность растений и животных приспосабливаться к своей среде позволяет им выживать при тех изменениях, которые происходят во внешнем мире. Адаптация может включать как очень быстрые изменения состояния организма, определяемые клеточной раздражимостью, так и очень длительные процессы, а именно появление мутаций и их естественный отбор.

Биологические ритмы.

Многие проявления жизнедеятельности организмов имеют циклический характер. Существуют, например, сезонные циклы в динамике численности некоторых видов; известны также циклические явления в жизни популяций, повторяющиеся каждый год, каждый лунный месяц, каждый день или каждый морской прилив (или отлив). Многие биологические функции отдельно взятого организма тоже имеют периодическую природу, например, чередование сна и бодрствования. По крайней мере некоторые из этих циклов, по-видимому, регулируются внутренними биологическими часами.

Происхождение жизни.

Современные теории возникновения мутаций, естественного отбора и популяционной динамики дают объяснение того, как произошли современные животные и растения от ранее существовавших форм. Вопрос о первоначальном происхождении жизни на Земле рассматривался многими биологами. Некоторые из них считали, что формы жизни были принесены из космоса, с других планет. Сторонники подобной точки зрения ссылаются на обнаруженные в 1961 и 1966 структуры в метеоритах, напоминающие окаменелости микроскопических организмов.

Теорию происхождения первых живых существ из неживой материи развивали немецкий физиолог Э.Пфлюгер, английский генетик Дж.Холдейн и русский биохимик А.И.Опарин.

Известен целый ряд реакций, посредством которых можно получить органические вещества из неорганических. Американский химик М.Калвин экспериментально показал, что излучение с высокой энергией, например космические лучи или электрические разряды, могут способствовать образованию органических соединений из простых неорганических компонентов. В 1953 американские химики Г.Юри и С.Миллер обнаружили, что некоторые аминокислоты, например глицин и аланин, и даже более сложные вещества могут быть получены из смеси паров воды, метана, аммиака и водорода, через которую всего лишь в течение недели пропускают электрические разряды.

Спонтанное зарождение живых организмов в той обстановке, которая существует на Земле в настоящее время, в высшей степени маловероятно, однако оно вполне могло произойти в прошлом. Все дело в различии условий, существовавших тогда и сейчас.

До того, как на Земле возникла жизнь, органические соединения могли накапливаться, поскольку, во-первых, не существовало плесневых грибов, бактерий и других живых существ, способных их потреблять, а во-вторых, они не подвергались спонтанному окислению, так как в атмосфере тогда отсутствовал кислород (или его было очень мало). Сейчас разработаны вполне правдоподобные теории, позволяющие объяснить, как органические вещества могли возникать в результате простых химических реакций, индуцированных электрическими разрядами, ультрафиолетовым излучением и другими физическими факторами, как эти молекулы могли затем образовать в море разбавленный бульон и как в результате их длительного взаимодействия формировались жидкие кристаллы, а затем и более сложные молекулы, по размерам приближающиеся к белкам и нуклеиновым кислотам. Процесс, аналогичный естественному отбору, мог действовать уже среди этих еще не живых, но уже очень сложных молекул. Дальнейшее объединение молекул белков и нуклеиновых кислот могло привести к появлению организмов, напоминающих ныне существующие вирусы, от которых, возможно, произошли бактерии, давшие в конце концов начало растениям и животным. Другим крупным шагом в ранней эволюции было развитие белково-липидной мембраны, которая окружала скопление молекул и позволяла одни молекулы накапливать, а другие, наоборот, выбрасывать наружу.

Все эти доводы привели ученых к заключению, что возникновение жизни на нашей планете – это событие не только вполне естественное и возможное, но и почти неизбежное. Более того, количество уже известных галактик, а соответственно и планет во Вселенной столь велико, что существование на многих из них условий, пригодных для жизни, представляется весьма вероятным. Не исключено, что жизнь на этих планетах действительно существует. Но если жизнь где-то возможна, то по прошествии достаточного времени она должна появиться и дать широкое разнообразие форм. Некоторые из этих форм могут сильно отличаться от тех, что встречаются на Земле, но другие могут быть очень похожими. Теория происхождения жизни может быть сведена к следующим тезисам: 1) органические вещества образуются из неорганических в результате воздействия физических факторов окружающей среды; 2) органические вещества взаимодействуют друг с другом, образуя все более сложные комплексы, из которых постепенно формируются ферменты и самовоспроизводящиеся системы, напоминающие гены; 3) сложные молекулы становятся более разнообразными и объединяются в примитивные, похожие на вирусы организмы; 4) вирусоподобные организмы постепенно эволюционируют и дают начало растениям и животным.

Ветеринарно-санитарные правила биологические отходы \ Акты, образцы, формы, договоры \ Консультант Плюс

]]>

Подборка наиболее важных документов по запросу Ветеринарно-санитарные правила биологические отходы (нормативно–правовые акты, формы, статьи, консультации экспертов и многое другое).

Судебная практика: Ветеринарно-санитарные правила биологические отходы Открыть документ в вашей системе КонсультантПлюс:
Подборка судебных решений за 2019 год: Статья 10.8 «Нарушение ветеринарно-санитарных правил перевозки, перегона или убоя животных либо правил заготовки, переработки, хранения или реализации продуктов животноводства» КоАП РФ
(В.Н. Трофимов)Суд согласился с судами нижестоящих инстанций, которые сочли доказанным факт наличия в действиях общества состава административного правонарушения, предусмотренного ч. 3 ст. 10.8 КоАП РФ. При этом суд пояснил, что эксплуатация скотомогильника (биотермической ямы) для утилизации биологических отходов, образующихся в ходе осуществления хозяйственной деятельности по содержанию и разведению крупного рогатого скота с нарушением требований действующего законодательства, создавала непосредственную угрозу причинения вреда жизни и здоровью людей. При этом нарушение заявителем действующих Ветеринарно-санитарных правил сбора, утилизации и уничтожения биологических отходов (утв. Минсельхозпродом РФ 04.12.1995 N 13-7-2/469) посягало на установленный государством порядок общественных отношений в сфере обеспечения ветеринарной безопасности территории Российской Федерации, который должен носить устойчивый характер. Соблюдение названного порядка является обязанностью каждого участника правоотношений в области охраны окружающей среды и здоровья человека, его несоблюдение связано с распространением опасных болезней среди населения и, как следствие, угрозой для жизни и здоровья человека.

Статьи, комментарии, ответы на вопросы: Ветеринарно-санитарные правила биологические отходы Открыть документ в вашей системе КонсультантПлюс:
Статья: Возмещение потерь от чумы свиней
(Палько Е.А.)
(«Актуальные вопросы бухгалтерского учета и налогообложения: учет в сельском хозяйстве», 2021, N 2)Мнение государственного органа о том, что уничтоженные животные в очаге африканской чумы, утратившие потребительские свойства качества и безопасности, не могут обладать рыночной стоимостью, основано на ошибочном понимании законодательства. Правила отчуждения прямо предусматривают, что отчуждаемые животные и изымаемые продукты животноводства, стоимость которых возмещается соответствующим организациям и гражданам, подлежат уничтожению и утилизации в силу ветеринарно-санитарных правил сбора, утилизации и уничтожения биологических отходов (Постановление АС СКО от 30.04.2015 N Ф08-2365/2015 по делу N А32-31212/2014 ).

Нормативные акты: Ветеринарно-санитарные правила биологические отходы

Краткие правила Турнира юных биологов

Это очень краткий вариант правил биологического боя!
Полные правила Турнира юных биологов вы можете посмотреть здесь >>>

Турнир юных биологов является командно-личным соревнованием школьников в решении биологических заданий проблемного характера, представлении решений в убедительной форме и защите их в научной дискуссии (биологическом бое).

Цель турнира: создание условий для реализации и развития творческих способностей учащихся.

Задачи:
1) привлечение школьников к практической научной деятельности;
2) усиление межпредметных связей;
3) активизация внеклассной работы по биологии;
4) формирование у учащихся интереса к биологии;
5) поиск школьников, способных применять знания по биологии и находить оригинальные решения;
6) обучение нормам и стилю работы в творческих коллективах;
7) привлечение ведущих ученых, студентов и аспирантов к работе со школьниками;
8) повышение профессионального уровня преподавателей и учителей.

Задания Турнира

Для обсуждения на Турнире используется заранее опубликованный список заданий. Это задания открытого типа: не имеющие окончательного и однозначного ответа, допускающие использование разнообразных подходов для их решения. Условия заданий сформулированы максимально кратко и не содержат всех необходимых для решения данных, поэтому часто необходимо самостоятельно сделать определенные допущения, выбрать модель для построения ответа. Задания выполняются коллективно. Решение заданий предполагает проведение самостоятельных теоретических исследований с использованием различных информационных источников. Разрешается помощь при подготовке решений со стороны наставников команд, а также различные консультации со специалистами.

Участники Турнира

В Турнире принимает участие команда, состоящая из минимум трех, а максимум пяти учащихся 7-11 классов общеобразовательных учебных учреждений, а также 1-2 курсов средних профессиональных учебных заведений. В Турнире возможно участие сборных команд разных учебных заведений. Личный состав команды не может изменяться на протяжении всего Турнира. Команда возглавляется капитаном, который заявляется один раз перед началом Турнира, и является официальным представителем команды во время проведения соревнований. Команду сопровождает руководитель. Руководитель команды несет ответственность за жизнь и здоровье членов команды. Руководитель команды по согласованию с Председателем Жюри имеет право принимать участие в Турнире в качестве члена Жюри или зрителя.

Правила биологических боев

1. Участники боя

В каждом бое принимают участие 3 команды. Бой проводится в 3 действия (раунда). В каждом действии (раунде) команда выступает в одной из трех ролей: Докладчик (Д), Оппонент (О), Рецензент (Р). Перед началом боя проводится знакомство членов команд, Жюри и Ведущего. Роли в первом действии между командами распределяются по результатам конкурса капитанов. Задания для конкурса капитанов формируются комиссией Жюри и оглашаются Ведущим боя непосредственно перед началом каждого боя. Корректность проведения конкурса и правильность ответов оценивают члены Жюри. Во всех группах конкурс проводится одновременно по одинаковым заданиям. Команда, выигравшая конкурс, первой выбирает роль в первом действии (раунде) боя. В дальнейших действиях (раундах) команды обмениваются ролями по следующей схеме:
 

Команда	Действие (раунд)
	1	2	3
1	Д	Р	О
2	О	Д	Р
3	Р	О	Д

2. Регламент одного действия (раунда) боя

В ходе одного действия (раунда) команды обсуждают одну задачу. В роли Докладчика или Оппонента или Рецензента от каждой команды участвует только один человек, остальные участники не могут ему помогать и подсказывать до конца действия (раунда) боя.
 
1. Команда «Оппонент» предлагает команде «Докладчику» задачу для решения (совещание внутри команды) — 1 мин.
2. Команда «Докладчик» принимает или отклоняет задачу (совещание внутри команды) — 1 мин.
3. Подготовка к докладу (презентации с решением заданий готовятся дома заранее!) — 1 мин.
4. Выступление Докладчика (представление решения, один человек у доски) — 7 мин.
5. Уточняющие вопросы команды «Оппонента» к Докладчику и ответы на них — 2 мин.
6. Подготовка к оппонированию (совещание внутри команды) — 2 мин.
7. Выступление Оппонента (анализ решения и вопросы, один человек у доски) — 5 мин.
8. Полемика между Докладчиком и Оппонентом (у доски) — 3 мин.
9. Уточняющие вопросы команды «Рецензента» к Докладчику и Оппоненту, и ответы на них — 2 мин.
10. Подготовка к рецензированию (совещание внутри команды) — 2 мин.
11. Выступление Рецензента (краткая оценка выступлений и вопросы, один человек у доски) — 3 мин.
12. Общая полемика между Докладчиком, Оппонентом и Рецензентом (у доски) — 5 мин.
13. Вопросы и замечания от команд в порядке: «Оппонент», «Рецензент», «Наблюдатель», «Докладчик» (задаются из команд с места) — по 2 мин.
14. Вопросы от членов Жюри к Докладчику, Оппоненту и Рецензенту (находятся у доски) — 5 мин.
15. Заключительное слово в порядке: Рецензент, Оппонент, Докладчик (у доски) — по 30 сек.
16. Выставление оценок (участники выходившие к доске возвращаются в свои команды)
17. Комментарии от членов Жюри — 3 мин.
18. Вопросы членам Жюри от команд по выставленным оценкам — 3 мин.
19. Дополнительные выступления (при необходимости).

3. Выступление команд на протяжении боя

ДОКЛАДЧИК докладывает суть решенной командой проблемы, согласно поставленной задаче, акцентируя внимание на ее биологическую идею и выводы; может использовать презентации, рисунки, плакаты, фотографии, видеофрагменты и прочие материалы. В дальнейшей полемике Докладчик отвечает на вопросы от Оппонента, Рецензента, членов Жюри.

ОППОНЕНТ высказывает замечания к докладу, задает вопросы Докладчику, выясняет неточности, ошибки в понимании проблемы и в предложенном решении. Оппонент должен указать на положительные моменты и обосновать принципиальные недостатки, как в решении задачи, так и в выступлении Докладчика. Оппонент не может предлагать собственного решения задачи!

РЕЦЕНЗЕНТ дает краткую оценку выступлениям Докладчика и Оппонента, определяет, насколько полно они справились со своими обязанностями, анализирует понимание обсуждаемой проблемы Докладчиком и Оппонентом. Рецензент имеет право задавать вопросы и Докладчику, и Оппоненту. Рецензент не может предлагать собственного решения задачи!

4. Ограничение числа выступлений

Каждый участник команды на протяжении одного боя может выступать не более чем 2 раза. Выступлениями считаются участие в качестве Докладчика, Оппонента, Рецензента. Уточняющие вопросы с места, участие в общей полемике выступлением не считаются.

5. Оценка выступлений команд

После каждого действия (раунда) члены Жюри выставляют командам оценки с учетом всех выступлений членов команд, их ответов на вопросы и участия в полемике. Оценки, выставленные членами Жюри, являются основанием для подведения личного и командного первенства. При оценивании работы команд во время биологического боя необходимо учитывать следующие критерии:

для Докладчика — полнота решения задачи; научность и оригинальность решения; культура выступления; умение четко и конструктивно преподносить модель предложенной задачи; умение убедительно изложить суть решения задачи; умение обращать внимание слушателей (команд и зрителей) на основные идеи и выводы; умение вести полемику, давать полные, исчерпывающие, убедительные ответы на поставленные вопросы уточняющего характера; наличие и качество наглядных пособий.

для Оппонента и Рецензента — культура выступления; умение анализировать; умение быстро ориентироваться в предложенном решении задачи; умение раскрывать положительные и отрицательные моменты предложенного решения задачи; умение выслушать и понять собеседника; умение вести полемику; умение задавать вопросы уточняющего характера.

Оценивается работа не только отдельного человека, а команды, поэтому при выставлении оценок учитывается степень взаимодействия между членами команды и активность всех членов команды на разных этапах действия (раунда) боя.

Российские школьники взяли медали на Международной олимпиаде по биологии

https://ria.ru/20210723/biologiya-1742618948.html

Российские школьники взяли медали на Международной олимпиаде по биологии

Российские школьники взяли медали на Международной олимпиаде по биологии — РИА Новости, 23.07.2021

Российские школьники взяли медали на Международной олимпиаде по биологии

Две золотые и две серебряные медали завоевали российские школьники на Международной биологической олимпиаде, сообщает пресс-служба Московского государственного… РИА Новости, 23.07.2021

2021-07-23T20:02

2021-07-23T20:02

2021-07-23T21:29

общество

образование — общество

португалия

биология

социальный навигатор

россия

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn21.img.ria.ru/images/07e5/07/17/1742619336_0:142:640:502_1920x0_80_0_0_48236c44d6914d503a58ec427bbd9e7d.jpg

МОСКВА, 23 июл — РИА Новости. Две золотые и две серебряные медали завоевали российские школьники на Международной биологической олимпиаде, сообщает пресс-служба Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.»Стали известны результаты 32-й Международной биологической олимпиады школьников (IBO-2021). Российская сборная завоевала две золотых и две серебряных медали. Подготовка сборной проходила на базе биологического факультета МГУ. Все победители и призеры подали документы в Московский университет», — рассказали в вузе.Каждый год организатором Международной биологической олимпиады выступает новая страна. В 2021 году страной-организатором олимпиады была Португалия и главной темой стало кругосветное путешествие Фернана Магеллана. В этом году олимпиада проходила в онлайн-формате, но несмотря на это включала оба традиционных тура: теоретический и практический. В олимпиаде приняли участие 304 школьника из 76 стран.Золотые медали в сборной РФ получили Давид Жеглов из Москвы (школа № 171) и Михаил Хандохин из Нижнего Новгорода (школа № 7). Серебряными призёрами стали Иван Прохоров (школа ЦПМ) и Евгений Яйлоян (школа «Интеллектуал») — оба из Москвы.Добавляется, что Давид Жеглов, Иван Прохоров и Евгений Яйлоян стали первокурсниками биологического факультета МГУ, а Михаил Хандохин — факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ.К международной олимпиаде по биологии сборную традиционно готовят преподаватели и сотрудники биологического факультета МГУ. Руководитель сборной — профессор кафедры биохимии Александр Рубцов, его заместители — доцент кафедры микологии и альгологии Галина Белякова, старший преподаватель кафедры иммунологии Евгений Шилов, аспирант кафедры биохимии Виктория Лавренова.

https://ria.ru/20210723/fizika-1742507216.html

https://sn.ria.ru/20210622/olimpiada-1738042846.html

португалия

россия

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn24.img.ria.ru/images/07e5/07/17/1742619336_0:137:640:617_1920x0_80_0_0_82ecb2dc67ebf63c5437916736e9bc5f.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

общество, образование — общество, португалия, биология, социальный навигатор, россия

20:02 23.07.2021 (обновлено: 21:29 23.07.2021)

Российские школьники взяли медали на Международной олимпиаде по биологии

МОСКВА, 23 июл — РИА Новости. Две золотые и две серебряные медали завоевали российские школьники на Международной биологической олимпиаде, сообщает пресс-служба Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

«Стали известны результаты 32-й Международной биологической олимпиады школьников (IBO-2021). Российская сборная завоевала две золотых и две серебряных медали. Подготовка сборной проходила на базе биологического факультета МГУ. Все победители и призеры подали документы в Московский университет», — рассказали в вузе.

23 июля, 11:17

Сборная России обновила рекорд на Международной олимпиаде по физикеКаждый год организатором Международной биологической олимпиады выступает новая страна. В 2021 году страной-организатором олимпиады была Португалия и главной темой стало кругосветное путешествие Фернана Магеллана. В этом году олимпиада проходила в онлайн-формате, но несмотря на это включала оба традиционных тура: теоретический и практический. В олимпиаде приняли участие 304 школьника из 76 стран.Золотые медали в сборной РФ получили Давид Жеглов из Москвы (школа № 171) и Михаил Хандохин из Нижнего Новгорода (школа № 7). Серебряными призёрами стали Иван Прохоров (школа ЦПМ) и Евгений Яйлоян (школа «Интеллектуал») — оба из Москвы.

Добавляется, что Давид Жеглов, Иван Прохоров и Евгений Яйлоян стали первокурсниками биологического факультета МГУ, а Михаил Хандохин — факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ.

К международной олимпиаде по биологии сборную традиционно готовят преподаватели и сотрудники биологического факультета МГУ. Руководитель сборной — профессор кафедры биохимии Александр Рубцов, его заместители — доцент кафедры микологии и альгологии Галина Белякова, старший преподаватель кафедры иммунологии Евгений Шилов, аспирант кафедры биохимии Виктория Лавренова.

22 июня, 11:21

Школьники из России показали высокие результаты на олимпиаде EGeo

Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского ЮФУ

Уважаемые абитуриенты! В ближайшее воскресенье 08.08.2021 в 12.00 состоится консультация для поступающих в Академию биологии и биотехнологии.  Мероприятие будет проходить на платформе MS Taems. Присоединиться можно по ссылке 

Первая летняя практика студентов-биологов Практика – важная составляющая учебного процесса, позволяющая расширить и углубить знания, полученные студентами в университете и приобрести необходимые практические навыки. Особенно важен первый практический опыт, когда студенты имеют возможность видеть воочию, обонять и осязать все то, что они видели в учебниках и чему их учили наши преподаватели в течение первого года обучения. Летняя практика для студентов обучающихся по направлению «Биология» проходит…

8 – 15 июля РАНХиГС и ЮФУ провели Первую проектно-исследовательскую экспедицию «Глобальное мышление в стратегическом управлении регионом» Цель экспедиции — формирование историко-экологического взгляда на развитие региона, изучение природных богатств области. Экспедиция включает в себя исследовательскую проектную работу студентов, тренинги, мастер-классы, лекции под открытым небом, экологические тропы.  8 июля 2021 в Точке кипения ЮФУ состоялось открытие образовательной экспедиции студентов РАНХиГС и ЮФУ. 8 июля со вступительным…

Учебная практика по почвоведению в республике Адыгея 2021 г. Ура! Спустя два года мы наконец-то возвращаемся в Никель! …следуй за почвоведом! Смех, истории, песни, гитара, книги. Кто-то чатится, кто-то болтает по телефону. Ну а кто-то точно «НЕ перепил» воды — всего лишь 3-я остановка за час! На базе практики и учебного туризма ЮФУ «Белая речка» Майкопский район республики Адыгея (пос. Никель) прошла первая зональная практика…

На базе практики и учебного туризма ЮФУ «Белая речка» прошла первая практика после пандемии Каждый факультет Южного федерального университета известен своей изюминкой, о которой выпускники будут вспоминать с особым удовольствием. Помимо лекций и семинаров в кампусах, ЮФУ предоставляет возможность прикоснуться ближе к своей специальности во время летней практики. У кого-то это археологические раскопки, у кого-то собирание фольклора, работа в СМИ или знакомство с флорой и…

ПОЗДРАВЛЯЕМ С ЮБИЛЕЕМ КАМИЛЯ ШАГИДУЛЛОВИЧА КАЗЕЕВА! 7 июля 2021 года 50-летний юбилей отмечает Казеев Камиль Шагидуллович – директор Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского, доктор географических наук, профессор кафедры экологии и природопользования.Коллектив Академии биологи и биотехнологии им. Д.И. Ивановского от всей души поздравляет Камиля Шагидулловича с Днем рождения!Желаем крепкого здоровья, всегда отличного настроения, неиссякаемой энергии, пусть в жизни не будет поражений, а лишь яркие…

Уважаемые абитуриенты!Больше не надо выбирать «МЕЖДУ» — можно получить «ВСЁ»!Как? Направление Почвоведение программа бакалавриата «Управление земельными ресурсами» Южного федерального университета.Почему?Нравится биология? В почве проживает множество живых организмов, и все их нужно исследовать, а может открыть новые?Может химия? В почве представлена вся таблица Менделеева, постоянно протекают химические реакции, а полная формула гуминовый кислоты до сих пор не расшифрована!География? Почва есть на всех континентах, даже в Антарктиде!…

В МБОУ СОШ №14 ст. Незамаевской Павловского района Краснодарского Края имеются вакансии для трудоустройства. Подробности в прикрепленном файле

Уважаемые выпускники 2021 года! Торжественное вручение дипломов бакалавров будет проводиться 06 июля 2021 г. в 10-00 в Актовом зале Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского. Торжественное вручение дипломов магистров будет проводиться 06 июля 2021 г. в 13-00  в Актовом зале Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского. Вход в корпус в медицинских масках! Перед вручением дипломов (за 30 минут) получить предыдущий документ об образовании.…

Личный кабинет обучающегося ЮФУ. Регистрация. Обзор функций

Ульяновская область — Законодательство и нормативные акты

 

В соответствии с Законом Российской Федерации от 14.05.1993 № 4979-I «О ветеринарии» и Федеральным законом от 06.10.1999 № 184-ФЗ «Об общих принципах организации законодательных (представительных) и исполнительных органов государственной власти субъектов Российской Федерации» Правительство Ульяновской области п о с т а н о в л я е т:

1. Утвердить прилагаемые Правила ликвидации неиспользуемых мест утилизации биологических отходов на территории Ульяновской области.
2. Признать утратившими силу:

постановление Правительства Ульяновской области от 17.07.2013 № 302-П «Об утверждении порядка ликвидации неиспользуемых, запрещённых к эксплуатации и закрытых скотомогильников на территории Ульяновской области»;

пункт 2 постановления Правительства Ульяновской области от 24.07.2017 № 369-П «О внесении изменений в некоторые нормативные правовые акты Правительства Ульяновской области»;

постановление Правительства Ульяновской области от 21.12.2017 № 671-П «О внесении изменения в постановление Правительства Ульяновской области от 17.07.2013 № 302-П».

3. Настоящее постановление вступает в силу на следующий день после дня его официального опубликования.

 

 

 

Председатель
Правительства области                                                                         А.А.Смекалин

 

УТВЕРЖДЕНЫ 

Постановлением Правительства
Ульяновской области

 

 

 

 

ПРАВИЛА

ликвидации неиспользуемых мест утилизации
биологических отходов на территории Ульяновской области

 

1. Общие положения

 

1.1. Настоящие Правила устанавливают порядок ликвидации неиспользуемых мест утилизации биологических отходов на территории Ульяновской области.

1.2. В установленном настоящими Правилами порядке подлежат ликвидации все неиспользуемые места утилизации биологических отходов, расположенные на территории Ульяновской области (далее – места утилизации биологических отходов).

Местами утилизации биологических отходов признаются скотомогильники или отдельно стоящие биотермические ямы, срок последнего захоронения биологических отходов в которых составляет не менее 2 лет и ввод в эксплуатацию которых осуществлён до 31 декабря 2020 года включительно, а также места захоронения золы после утилизации умеренно опасных и особо опасных биологических отходов путём сжигания.

1.3. Ликвидация мест утилизации биологических отходов осуществляется после проведения экспертизы уровня биологического воздействия указанных мест на среду обитания человека.

 

2. Организация мероприятий по ликвидации неиспользуемых мест утилизации биологических отходов

 

2.1. Мероприятия по ликвидации мест утилизации биологических отходов организуются Агентством ветеринарии Ульяновской области. Работы по ликвидации мест утилизации биологических отходов выполняются областными государственными бюджетными учреждениями, подведомственными Агентству ветеринарии Ульяновской области (далее – учреждения государственной ветеринарной службы), за счёт средств областного бюджета Ульяновской области.

2.2. Мероприятия по ликвидации мест утилизации биологических отходов проводятся в два этапа:

1-й этап – проведение экспертизы уровня биологического воздействия мест утилизации биологических отходов;

2-й этап – выполнение работ по ликвидации мест утилизации биологических отходов, безопасность которых подтверждена экспертным заключением.

 

3. Проведение экспертизы уровня биологического воздействия мест утилизации биологических отходов

 

3.1. В целях подтверждения безопасности подлежащих ликвидации мест утилизации биологических отходов проводится лабораторное исследование проб, взятых с территорий указанных мест (далее – лабораторное исследование).

3.2. Лабораторное исследование проводится юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями, аккредитованными на проведение таких работ и имеющими лицензию на осуществление деятельности в области использования возбудителей инфекционных заболеваний человека и животных и генно-инженерно-модифицированных организмов III и IV степеней потенциальной опасности, осуществляемой в замкнутых системах, посредством отбора проб с территорий мест утилизации биологических отходов и лабораторного исследования таких проб на предмет наличия (отсутствия) возбудителей болезней животных, указанных в пункте 4 Ветеринарных правил перемещения, хранения, переработки и утилизации биологических отходов, утверждённых приказом Минсельхоза России от 26.10.2020 № 626 «Об утверждении Ветеринарных правил перемещения, хранения, переработки и утилизации биологических отходов».

3.3. Результаты лабораторного исследования, результаты иных мероприятий, необходимых для подтверждения безопасности мест утилизации биологических отходов, подлежат экспертизе, проводимой лицами, имеющими право на её проведение в соответствии с законодательством Российской Федерации.

3.4. По итогам проведения экспертизы, указанной в пункте 3.3 настоящего раздела, оформляется экспертное заключение.

3.5. Критерием безопасности мест утилизации биологических отходов является содержащийся в экспертном заключении вывод об отсутствии вредного воздействия биологического фактора на среду обитания, создающего угрозу жизни и здоровью человека.

 

4. Выполнение работ по ликвидации мест утилизации биологических отходов

 

4.1. Решение о ликвидации мест утилизации биологических отходов, безопасных в ветеринарно-санитарном отношении, принимается Агентством ветеринарии Ульяновской области и оформляется распоряжением указанного агентства.

4.2. Обязанности по выполнению работ по ликвидации мест утилизации биологических отходов, безопасных в ветеринарно-санитарном отношении, возлагаются на учреждения государственной ветеринарной службы, в зонах деятельности которых расположены указанные места.

4.3. Работы по ликвидации мест утилизации биологических отходов включают в себя комплекс мероприятий, необходимых для восстановления состояния земельного участка, существовавшего до возникновения места утилизации биологических отходов.

4.4. После завершения выполнения работ, указанных в пункте 4.3 настоящего раздела, проводится дезинфекция в порядке, установленном законодательством.

4.5. После ликвидации места утилизации биологических отходов оформляется акт о выполненных работах, который подписывается руководителем учреждения государственной ветеринарной службы, представителем органа местного самоуправления, в зонах деятельности которых находилось ликвидированное место утилизации биологических отходов, и представителем Агентства ветеринарии Ульяновской области.
К акту о выполненных работах приобщаются результаты лабораторных исследований, указанных в разделе 3 настоящих Правил, и экспертное заключение, подтверждающие безопасность мест утилизации биологических отходов в ветеринарно-санитарном отношении и отсутствие биологического воздействия на среду обитания человека, не соответствующего санитарно-эпидемиологическим требованиям.

4.6. Дальнейшее использование территорий ликвидированных мест утилизации биологических отходов осуществляется в соответствии с требованиями законодательства Российской Федерации. 

 

_______________

 

Три закона биологии | SpringerLink

«Социальные правила можно нарушать, но нельзя нарушать законы природы».

За последние столетия был достигнут огромный научный прогресс, и время, необходимое для удвоения наших знаний, продолжает сокращаться.В последние десятилетия секвенирование геномов различных видов было основной движущей силой расширения биологических знаний. Он стал центральным в изучении эволюции молекул и организмов. Технологии, которые, например, позволяют геномике, молекулярной медицине и вычислительной технике продвигаться вперед такими быстрыми взаимозависимыми темпами, признаны ключевыми для нашего понимания биосферы Земли и поддержания ее для будущих поколений.

В последние годы биология находится на переднем крае науки, поскольку мы удовлетворяем наше желание понять природу живых организмов и их эволюционную историю.Следующие утверждения основаны на множестве доказательств. Только когда каждое утверждение объединяется с другими, становится возможной достаточно полная картина жизни. Мы обращаемся за помощью к международному научному сообществу, чтобы проинформировать нас о любых изменениях и исключениях из существующих научных догм, чтобы наши концепции могли постоянно совершенствоваться. Только с помощью этого подхода удалось установить некоторые основные законы биологии. Первый закон биологии: все живые организмы подчиняются законам термодинамики.Второй закон биологии: все живые организмы состоят из клеток с оболочкой. Третий закон биологии: все живые организмы возникли в процессе эволюции.

Первый закон биологии: все живые организмы подчиняются законам термодинамики. Этот закон является фундаментальным, потому что законы неодушевленного мира определяют ход Вселенной. Все организмы на всех планетах, включая человека, должны подчиняться этим законам. Законы термодинамики управляют преобразованиями энергии и распределением масс.Клетки, из которых состоят живые организмы (см. Второй закон), представляют собой открытые системы, которые позволяют массе и энергии проходить через свои мембраны. Клетки существуют в открытых системах, что позволяет приобретать минералы, питательные вещества и новые генетические признаки, выделяя при этом конечные продукты метаболизма и токсичные вещества. Генетическая изменчивость, которая частично является результатом переноса генов у прокариот и полового размножения у высших организмов, позволяет значительно увеличить фенотипическую изменчивость в популяции, а также ускорить темпы эволюционной дивергенции.

Следствием Первого Закона является то, что жизнь требует временного создания порядка, что явно противоречит второму закону термодинамики. Однако, рассматривая полностью закрытую систему, включая материалы и источники энергии, предоставляемые окружающей средой для поддержания жизни, живые организмы влияют на систему строго в соответствии с этим законом, увеличивая случайность или хаос (энтропию). Таким образом, использование ресурсов живыми организмами увеличивает энтропию мира.Второе следствие Первого закона состоит в том, что организм в состоянии биохимического равновесия мертв. Когда живые организмы достигают равновесия с окружающей их средой, они перестают проявлять качество жизни. Жизнь зависит от взаимосвязанных биохимических путей, обеспечивающих рост, синтез макромолекул и размножение. Таким образом, все формы жизни далеки от равновесия с окружающей средой.

Второй закон биологии: все живые организмы состоят из клеток с оболочкой. Обволакивающие мембраны позволяют физически разделить живой и неживой миры.Вирусы, плазмиды, транспозоны, прионы и другие эгоистичные биологические сущности не живы. Они не могут воспроизводиться самостоятельно. Для этого они зависят от живой клетки. Следовательно, по определению они не живы. Следствие Второго закона состоит в том, что клетка — единственная структура, которая может расти и делиться независимо от другой формы жизни. Второе следствие Второго закона состоит в том, что вся жизнь запрограммирована генетическими инструкциями. Генетические инструкции необходимы для деления, морфогенеза и дифференцировки клеток.От одноклеточных прокариотических организмов до нормальных или злокачественных тканей у многоклеточных животных и растений — генетические инструкции необходимы для поддержания жизни.

Третий закон биологии: все живые организмы возникли в процессе эволюции. Этот закон правильно предсказывает родство всех живых организмов на Земле. Это объясняет все их запрограммированные сходства и различия. Естественный отбор происходит на организменном (фенотипическом) и молекулярном (генотипическом) уровнях. Организмы могут жить, воспроизводиться и умирать.Если они умирают, не размножаясь, их гены обычно удаляются из генофонда, хотя существуют исключения. На молекулярном уровне гены и их кодирующие белки могут эволюционировать «эгоистично», и они могут объединяться с другими эгоистичными генами, образуя эгоистичные опероны, генетические единицы и функциональные паразитические элементы, такие как вирусы.

Два следствия Третьего закона заключаются в том, что (1) все живые организмы содержат гомологичные макромолекулы (ДНК, РНК и белки), происходящие от общего предка, и (2) генетический код универсален.Эти два наблюдения предоставляют убедительные доказательства Третьего закона биологии. Из-за точного изложения Третьего закона Чарльза Дарвина многие считают величайшим биологом всех времен.

Хотя наука постоянно раздвигает границы наших знаний, мы никогда не узнаем всего. Фактически, мы даже не знаем того, чего не знаем. Например, мы можем никогда не узнать, как возникла жизнь. Хотя жизнь может быть рассеяна по всей вселенной, жизнь не требуется для непрерывности неодушевленной материи; то есть живые организмы не являются необходимыми для функционирования Вселенной.Законы физики продолжают действовать независимо от наличия жизни. Насколько нам известно, жизнь может возникнуть только из уже существовавшей жизни. Конечно, возникает вопрос, как могли возникнуть первые живые клетки. Возникла ли жизнь спонтанно из неодушевленной природы только один раз или более одного раза? Может ли жизнь передаваться между восприимчивыми планетами посредством космических путешествий? Мы просто не знаем. Механизмы, которые могли привести к возникновению клетки, способной к автономному росту и делению, остаются загадкой.Это область биологии, которая потребует огромного количества научных исследований, если когда-либо появятся доказательства, и нет никаких гарантий.

Правила биологии и науки нарушать нельзя. Это не искусственные законы, созданные человеком. Это естественные законы, которые управляют всей жизнью, пока живые организмы развиваются на нашей планете. В последние десятилетия люди изменили нашу общую биосферу в результате истощения ресурсов и загрязнения. Мы знаем, что эта деятельность нарушила природный баланс, вызвав массовое исчезновение видов.Наиболее серьезные формы загрязнения могут быть отнесены на счет слишком большого количества людей, потребляющих слишком много невозобновляемых ресурсов с постоянно увеличивающейся скоростью. Большая часть этого вреда вызвана удовольствиями, жадностью, конфликтами и стремлением к власти. В той или иной степени виноваты все мы.

Почему так много людей так примитивно штурмуют биосферу? Некоторые не знают о результате. Они не замечают последствий своих действий. Они не осознают, что неправильные действия могут иметь катастрофические последствия для нашей биосферы и для всех нас.Они не понимают, что естественный отбор жесток и может причинить огромные страдания и смерть. Они думают только о моменте и отказываются признать, что именно их отпрыскам придется столкнуться с бедой. Третьи полностью осознают конечные последствия. И те из нас, кто осведомлен, должны принять меры, чтобы передать наши знания, чтобы попытаться избежать или отсрочить нашу добровольную судьбу. Исследования не показывают, что говорят нам, что мы нападаем на нашу биосферу, и что планета не может вместить нашу огромную человеческую популяцию.Мы зависим от природных ресурсов для продолжения нашего существования, но мы не живем устойчиво. Этой планете не нужно больше потребления и загрязнения. Он стонет под тяжестью постоянно увеличивающегося человеческого населения. Энтропия добьется своего. Было бы полезно, если бы каждый понимал науку и наш естественный мир так, чтобы они осознавали, что требуется для выживания человеческого вида с некоторым разумным качеством жизни; и первым шагом в этом направлении является понимание основных законов физики, химии и биологии и того, как они управляют нашей биосферой, которая в настоящее время подвергается нападению и нуждается в спасении.Однако без глубокого уважения к природе и сострадания к жизни, ко всей жизни знания, скорее всего, будут недостаточными. Мы должны стать более заботливыми, чувствительными и сострадательными существами.

Информация об авторе

Принадлежность

1. Департамент экологической биологии, Университет Гвельфа, Гвельф, Онтарио, N1G-2W1, Канада

   JT Trevors

2. Департамент молекулярной биологии Калифорнийского университета в Сан-Диего, Ла-Холья , CA, 92093-0116, USA

   M.H. Saier Jr

Автор, ответственный за переписку

Переписка на M. H. Saier Jr.

Об этой статье

Цитируйте эту статью

Trevors, J.T., Saier, M.H. Три закона биологии. Water Air Soil Pollut 205, 87–89 (2010). https://doi.org/10.1007/s11270-008-9925-3

Скачать цитату

Законы биологии: почему их так мало?

Syst Synth Biol. 2010 Март; 4 (1): 7–13.

¹ и ²

Паван К. Дхар

¹ Лаборатория синтетической биологии, W 120, Институт передовых наук RIKEN, 1-7-22, Суэхиро Чо, Цуруми, Йокогама, 230-0045 Япония

Алессандро Джулиани

² Департамент окружающей среды и здоровья, Istituto Superiore di Sanità, Viale Regina Elena 299, 00161 Рим, Италия

¹ Лаборатория синтетической биологии, W 120, Институт передовых наук RIKEN, 1-7-22 , Suehiro Cho, Tsurumi, Yokohama, 230-0045 Japan

² Департамент окружающей среды и здравоохранения, Istituto Superiore di Sanità, Viale Regina Elena 299, 00161 Rome, Italy

Pawan K.Дхар, телефон: + 81-45-5039551, факс: + 81-45-5039176, электронная почта: pj.nekir@rahdkp. Автор, ответственный за переписку.

Поступило 10 июля 2009 г .; Пересмотрено 5 ноября 2009 г .; Принято 24 ноября 2009 г.

Эта статья распространяется на условиях Некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution, которая разрешает любое некоммерческое использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора (авторов) и источника.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Поиск фундаментальных принципов организации — это современный интеллектуальный интерфейс системной биологии.От атома водорода до уровня всей клетки, организмы управляют массово параллельными и массово интерактивными процессами на несколько порядков величины. Для управления этим масштабом информационной сложности естественно ожидать организационных принципов, которые определяют поведение более высокого порядка. В настоящее время существуют только намеки на такие принципы организации, но нет абсолютных доказательств. Здесь мы представляем такой же старый, как Мендель, подход, который может помочь раскрыть фундаментальные принципы организации в биологии. Наш подход, по сути, состоит из определения констант на различных уровнях и объединения их в иерархическую структуру.По мере того, как мы определяем и систематизируем константы, от парных взаимодействий до сетей, наше понимание фундаментальных принципов биологии будет улучшаться, что приведет к теории в биологии.

Ключевые слова: Мендель, Законы, Новое, Стандарты, Константы, Биология

Введение

На научном жаргоне закон описывает истинные, абсолютные и неизменные отношения между взаимодействующими элементами. В отличие от некоторых областей, социальные обычаи и власти не определяют установление законов в науке.Учитывая, что законы получены на основе эмпирических наблюдений, это означает, что законы символизируют закономерности, одобренные большинством мнений. Люди также используют такие термины, как правила и принципы, для описания непротиворечивых отношений, выражаемых математическими уравнениями, например принцип неопределенности Гейзенберга, принцип причинности в физике. Здесь мы примем менее требовательное и более полезное определение закона как «часто наблюдаемую закономерность, которая позволяет существенно улучшить нашу способность прогнозирования в четко определенных системах».Различие между терминами правило, принцип, теория и гипотеза выходит за рамки данной статьи.

Наши знания о законах, теориях и гипотезах восходят к физическим наукам. Хотя физики определили ряд законов, связанных с массой, энергией, импульсом и т. Д., Некоторые из « законов », известных биологам, — это законы менделевского наследования (Mendel 1865), метаболического масштабирования (Kleiber 1932) и недавние степенные законы ( Jeong et al. 2000). Однако даже эти законы не абсолютны — они бывают с исключениями.Например, неслучайная сегрегация хромосом (White et al. 2008) и гомозиготные мутанты, порождающие нормальное потомство, являются отклонением от менделевского наследования (Lolle et al. 2005). Преобладающий эффект этих исключений с преобладающей ролью граничных условий делает парадигмы научных законов слишком требовательными, например те, которые основаны на концепции фальсифицируемости Поппера, которая мало или вообще не используется в биологии (Stamos 2007).

Поэтому полезно рассматривать биологические закономерности как широкие обобщения, чем жесткие отношения между взаимодействующими компонентами.Здесь мы хотели бы обсудить, почему абсолютные обобщения редки в биологии и что можно сделать, чтобы восполнить этот пробел?

Два подхода к открытию законов

Вообще говоря, для открытия новых закономерностей и законов мы либо следуем подходу сверху вниз, либо снизу вверх (рис.). При подходе сверху вниз поиск начинается с внешнего наблюдения, например, законов движения Ньютона. Наблюдатель интуитивно представляет себе набор элементов, набор взаимодействий и математически выражаемую форму для их соединения.Компоненты вплетаются в мысленную карту, и планируются эксперименты для проверки или аннулирования модели. Если экспериментальные наблюдения неоднократно подтверждают эту модель в различных условиях окружающей среды, модель принимает более обобщенную форму и может быть в конечном итоге принята с широким консенсусом в качестве закона.

Два общих подхода к обнаружению закономерностей

При восходящем подходе один начинается со сбора данных по отдельным элементам, то есть экспериментального определения свойств компонентов по отдельности и в сочетании с другими взаимодействующими элементами.Данные собираются в различных условиях окружающей среды, и проводится поиск закономерностей. Как только закономерности обнаружены, эксперименты повторяются для подтверждения наблюдений. Доказательства согласованной взаимосвязи между взаимодействующими компонентами в различных условиях окружающей среды обеспечивают прочную основу для представления закономерностей в логической форме. Этот подход обычно использовался Грегором Ф. Менделем для вывода законов наследования (Mendel 1865).

В обоих подходах ученые вносят свое собственное субъективное суждение о том, что является случайным (исключения из правила) и что является важным (подчинение правилу).Степень исключений и общности различна в разных случаях и явно связана с масштабом, в котором сделаны наблюдения.

Как в подходах «сверху вниз, так и снизу вверх», ключ в том, чтобы найти согласованный образец. Например, уравнение, последовательно объясняющее закономерность, является убедительным указанием на закон. Подход «сверху вниз», т. Е. От воображения к наблюдению, часто используется в физике, тогда как подход «снизу вверх», то есть от наблюдения к воображению, используется в биологии.Интересно, что у нас есть законы для вещей, которые мы не видим, например, света, гравитации и звука, но нет законов для вещей, которые мы видим, например, ДНК, РНК, белков и клеток. Это связано с тем, что первые основаны на последовательном поведении элементарных частиц по сравнению со вторыми, где взаимодействия часто являются вероятностными.

Идя дальше, можно понять, что хорошо известный закон всемирного тяготения — это не что иное, как название поразительной регулярности, наблюдаемой в движении тел.Однако даже эта закономерность достигается субъективным выбором существенного. Чистое наблюдение говорит нам, что некоторые тела, например, листья в ветреный день, поднимаются и опускаются, а не прямо к земле. По этой причине Аристотель говорил о двух типах тел: легких и тяжелых. Только в XVII веке Галилей решил рассматривать разницу между легкостью и тяжестью как случайную и определил тенденцию к падению (гравитацию) как ключевую особенность. Таким образом, концепция гравитации — это, по сути, рационализация наблюдаемого поведения тел.Поиск материального аналога этой силы в виде частиц (гравитонов) все еще остается неуловимым и весьма неопределенным. Точно так же, если мы хлопаем в ладоши, ближайшая мышь обязательно убежит с надежностью предсказуемости, сравнимой с падением тел. Однако, если мы попытаемся объяснить эту повторяющуюся закономерность с точки зрения профиля микрочипа мыши, до и после хлопка нам наверняка придется нелегко. Ключевой вывод заключается в том, что описание молекулярного уровня иногда неадекватно для объяснения поведения организмов на более высоком уровне.

Почему в биологии предпочтение отдается восходящему подходу?

Причина, по которой восходящий подход предпочтительнее в биологии, связана с наличием большого разнообразия контекстно-зависимых типов данных. По этой причине хорошее воображение, то есть подход сверху вниз, не может гарантировать последовательного описания молекулярного уровня. Более того, из правил биологии часто есть исключения. Например, в начале 1990-х годов теломеразозависимое удлинение теломер считалось своего рода правилом в биологии.Однако открытие транспозон-зависимого поддержания теломер у Drosophila (Levis et al. 1993) продемонстрировало исключение из этого правила. Это не означает, что исключения — это странные явления — они просто указывают на неоткрытые состояния системы. Учитывая непрактичность изучения всех возможных состояний системы и контекстов, следует ожидать появления исключений наряду с общими тенденциями в биологии. Например, генетический код, который имеет довольно простую реализацию, имеет смещение кодонов (Sharp and Li 1987).

Пример с мышью (описанный ранее) показывает, что макроскопический уровень наблюдения является повторяемым и надежным, но бесполезным для описания работы системы в целом. В этом случае, как и в любой другой сложной системе, наиболее плодотворным уровнем анализа является мезоскопический уровень, то есть посередине между тривиальным детерминизмом (ускользающая возможность) и чистой стохастичностью (предполагаемое колебание концентрации белка до и после ускользания). Именно на мезоскопическом уровне формируются физиологические и анатомические «связи» между микроскопическим и макроскопическим уровнями. E.g., организация и динамика нервной системы (Laughlin et al. 2000). Фактически любой закон, касающийся организованной материи, от парамагнитных материалов до организмов, находится там, где значимые корреляции между элементарными единицами порождают макроскопические закономерности, которые в значительной степени независимы от микроскопических деталей. Эта независимость от микроскопического описания лежит в основе наблюдаемой устойчивости биологических систем в целом.

Законы наследования

Учитывая огромную нехватку данных, как мог Мендель преуспеть в открытии законов наследования, когда люди не имели представления о лежащих в основе компонентах и ​​взаимодействиях? Область биохимии все еще находилась в зачаточном состоянии, а молекулярная биология была неслыханной.Практически не было никакой технической помощи, которая могла бы помочь Менделю задавать важные фундаментальные вопросы биологии. На наш взгляд, ключевой причиной его успеха было четкое понимание того, что ему нужно найти «константы». Интересно, что слово «константа» встречается в его статье 69 раз (Mendel 1865)! Мендель выбрал семь пар контрастных характеристик и обеспечил (посредством инбридинга), что каждое растение постоянно демонстрирует одну и ту же характеристику. Даже если бы он включил восьмую черту или рассмотрел только шесть пар контрастных характеристик, он все равно пришел бы к такому же выводу.Это связано с тем, что Мендель «искусственно устранял» шум из своих образцов и рассматривал только те растения, которые демонстрируют согласованные паттерны как изолированно, то есть моногибридные скрещивания, так и в группе, то есть дигибридные скрещивания. Важно понимать, что эти семь пар контрастирующих признаков, то есть констант на уровне фенотипа, не менялись со временем, колебаниями окружающей среды и так далее.

По этой причине, то есть из-за высокого качества данных, Мендель использовал только элементарную математику i.е., сложение и деление, чтобы получить законы наследования. Напротив, в наши дни мы завалены болотом данных выражений, обладаем огромной вычислительной мощностью, применяем передовые математические методы, но далеки от того, чтобы идентифицировать сетевой эквивалент законов Менделя. Это связано с тем, что переход от уровня согласованного фенотипа к динамическому молекулярному уровню подвергает нас воздействию большого количества переменных, например, стохастической экспрессии генов (Elowitz et al. 2002; Cai et al. 2006) и градиентов концентрации, влияющих на межклеточные взаимодействия (Gurdon и Bourillot 2001).Поэтому ключевым моментом является поиск биологических констант в этом огромном пространстве переменных.

Поиск биологических констант

Конечные точки, т.е. фенотип верхнего уровня и последовательность генома нижнего уровня, могут рассматриваться как «граничные условия» живых систем. Эти два конца должны быть связаны через промежуточные уровни, чтобы понять биологию в целом. Поскольку здесь важно понятие «константа», полезно дать определение слову «константа». По своей сути, константа — это измерение, которое каждый раз оказывается одним и тем же (Лафлин, 2005).Семь пар контрастирующих знаков (работа Менделя) являются примерами констант на уровне фенотипа. Последовательность генома может рассматриваться как еще один «постоянный» уровень, даже если разрывы, транспозоны, исправления, подверженные ошибкам, влияют на состав исходной последовательности ДНК. Тем не менее, механизмы репарации ДНК активно восстанавливают разрывы ДНК, сохраняя целостность основной последовательности генома.

При переходе от константно-фенотипического к константному уровню последовательностей можно встретить несколько уровней переменных e.g., межклеточное взаимодействие, динамика сетей и путей, молекулярные взаимодействия и стохастические выражения генов. В этом пространстве между геномом и фенотипом значительную роль играют вероятности, колеблющиеся концентрации, скученность молекул, зависимости от контекста и возникающие явления. По этой причине этот слой является областью статистических законов. Это мезоскопический уровень, на котором, по нашему мнению, находятся полезные принципы для понимания организации биологических систем. Но здесь не место углубляться (мы вернемся к этому аспекту косвенно с точки зрения эмерджентных явлений).Здесь мы хотели бы сосредоточиться на «законном» стиле рассуждений. Ясно, что мезоскопическая шкала была разработана для законов, например, термодинамика — это дом самых точных и надежных законов в физике, но эта точность достигается за счет усреднения по огромным ансамблям единиц, причем каждая единица почти полностью « не знает » об особенностях ансамбля. . Итак, как насчет механистических, микроскопических законов в биологии?

Для решения этой проблемы, даже несмотря на то, что геном представляет собой привлекательный «микроскопический уровень» с самого начала, он не может дать всех ответов.Последовательность генома не контролирует непосредственно нижестоящие взаимодействия молекул на уровне пути и сети. Переходя от уровня последовательности к уровню взаимодействия, важно найти константы взаимосвязи, то есть уникальный ген (или группу уникальных генов), контролирующий процесс. Другой пример константы взаимодействия — это белок, последовательно взаимодействующий с другим белком в нескольких организмах при четко определенных условиях. Однако маловероятно, что мы когда-нибудь найдем абсолютную «константу взаимодействия», общую для всех организмов.Вероятно, в биологии следует ожидать тенденцию, а не абсолютную корреляцию. Было бы полезно определить последовательные паттерны взаимодействия на уровне РНК-ДНК, уровне белок-ДНК, уровне пути и сети, уровне межклеточного взаимодействия и построить «постоянное шасси» от уровня последовательности до уровня фенотипа (таблица) . Такое «шасси» могло бы помочь идентифицировать основные биологические процессы, вокруг которых действуют переменные. Если такое шасси будет построено, мы должны ожидать увидеть константу возможности подключения вначале, а затем количественные константы e.г., пороги.

Таблица 1

Законы / правила / шаблоны на различных уровнях биологических систем

Характеристика	Законы / правила / шаблоны
Социальные сети, популяционные	Степенный закон, маленький мир, Харди –Закон Вайнбурга
Уровень организма	Корреляции скорости метаболизма
Уровень клеток	Деление клеток
Молекулярные сети	Степенный закон, маленький мир
	Передача информации
Молекулярная социализация	Варианты складывания и взаимодействия
Атомные взаимодействия	Законы химии
Атом	Законы физики

Хотя на рис.описывает неполный список констант, очевидно, что существует больше уровней / подуровней и, по сути, несколько способов представления данных. На уровне последовательности мотивы последовательности (ДНК и белки) кажутся разумными примерами констант на уровне генома. На уровне структуры белка высококонсервативные складки и связывающие домены (например, спираль-поворот-спираль, цинковый палец и лейциновая молния), по-видимому, являются примерами констант структурного уровня. На уровне молекулярного взаимодействия консервативные складки могут быть примерами констант взаимодействия.На сетевом уровне примерами констант сетевого уровня являются «степенное распределение» (Jeong et al. 2000) и «небольшой мир метаболических сетей» (Wagner and Fell 2001).

Неполный список констант в биологии

Кроме того, было бы полезно найти взаимосвязь между: (1) константами на одном уровне, (2) между константами на разных уровнях и (3) между константами и переменными на одном и том же уровне. и различные уровни, чтобы получить представление о константах с точки зрения иерархической системы.В такой обстановке отношения между элементами можно было бы описать в форме «периодической таблицы» (Dhar 2007).

Биопериодическая таблица — это табличное расположение элементарных взаимодействующих компонентов, которые при соединении приводят к свойствам систем более высокого уровня. По нашему мнению, мезоскопический уровень «белковой складки» вместо микроскопического уровня последовательности ДНК представляет собой разумный строительный блок такой периодической таблицы. Концепция единицы в этом смысле — это не структурный несводимый минимум, а «работоспособная единица», которая дает достаточно описания для надежного составления схем.В области инженерии также используется абстракция более высокого уровня и не составляются электронные схемы из набора атомов или субатомных частиц (как элементарных единиц). Точно так же в биологии клетку можно рассматривать как единицу описания на уровне ткани. Взаимодействие можно рассматривать как единицу описания сетевого уровня. Складки — разумные фундаментальные единицы биопериодической таблицы, поскольку они демонстрируют меньшую избыточность, чем данные уровня последовательности, и непосредственно отвечают за большинство взаимодействий на уровне путей и сетей.Двигаясь от складок вверх, биопериодическая таблица может связать описание на уровне складок с ответом на уровне клеток посредством серии иерархических передач информации. При таком описании возникают две ключевые проблемы: необходимость создания «свернутой таблицы взаимодействия» и необходимость создания таблицы «управления взаимодействием». «Таблица управления взаимодействием» будет устанавливать «граничные условия» для всех возможных взаимодействий путем добавления регулирующих циклов, количественных пороговых значений и контекстных описаний. Было бы интересно посмотреть, как работает и развивается биопериодическая таблица по мере поступления данных.Несмотря на то, что термин «таблица» использовался для внесения концептуальной ясности с точки зрения инженерного проектирования, биопериодическая таблица, скорее всего, будет напоминать дерево.

Роль стандартов

Стандарты создаются для установления норм качества и требований для сообщества. Научный стандарт — это эталонное измерение, используемое для сравнений. После тестирования, утверждения и публикации стандарты широко применяются. Проект BioBricks (Shetty et al. 2008) — это вдохновленный инженерами подход к созданию фактических стандартов для строительных организмов.Хотя этот подход нов и интересен, неясно, будут ли когда-либо возможны стандарты инженерного уровня при составлении биологических систем. Также нам неизвестны системы, основанные на биокирпичах, которые нельзя построить без биокирпичей, или граничные условия, при превышении которых добавление большего количества биокирпичей приведет к потере контроля. В целом, даже несмотря на то, что обратная инженерия организмов является логическим подходом, рано говорить, будет ли построение «снизу вверх» проще, чем их разборка сверху вниз.

Ключевое различие между стандартами и константами заключается в системе, к которой они принадлежат. «Стандарты» — это искусственно созданные ориентиры, по которым можно оценивать другие вещи. «Константы» описывают последовательные наблюдения, полученные в естественных системах. Специально описать эту концепцию в контексте построения биологических систем снизу вверх было бы проще, если бы в биологии были стандарты. Однако, чтобы понять естественно возникшие системы в целом, системной биологии потребуются константы e.g., постоянное взаимодействие, постоянный фенотип, постоянный профиль экспрессии и так далее. Возникает вопрос: могут ли стандарты и константы встретиться в какой-то момент в будущем, т.е. могут ли созданные человеком контрольные точки оказаться естественными константами в биологических системах? По нашему мнению, стандарты — это разумные ограничения для системы, которые могут помочь нам раскрыть новую информацию в контролируемой среде. Создавая стандарты в биологии и применяя их для конструирования in vivo, вполне возможно идентифицировать встречающиеся в природе биологические константы и правила биологического состава, что приведет к открытию новых закономерностей в биологии.

Абсолютно безупречны законы физики и химии?

Законы — это формальные представления объективной реальности. Они не обязательно отражают всю реальность, но символизируют конкретную особенность системы. Ричард Фейнман предпочитает рассматривать законы как ритмы или закономерности в природе, видимые только глазу наблюдателя (Feynman 1967). Изучая эти закономерности, иногда мы склонны упускать из виду влияние одного паттерна на другой. Речь идет о хорошо известном Законе всемирного тяготения.Закон всемирного тяготения Ньютона описывает притяжение между телами с массой и широко используется в планетных исследованиях. Однако этот Закон не совсем точно описывает, как ведут себя тела. Для тел со значительной массой и зарядом закон всемирного тяготения и законы электрических зарядов Кулона должны взаимодействовать, чтобы определить конечную силу. Ни один из них не описывает, как тела ведут себя в реальном времени (Картрайт, 1983). Теория Ньютона не учитывает влияние гравитационной силы других небесных тел при определении окончательной силы.Кроме того, современное мышление состоит в том, что законы Ньютона возникли, то есть эти законы символизируют коллективное свойство, проявляющееся в агрегации квантовой материи в макроскопические жидкости и твердые тела (Laughlin, 2005). Точно так же хорошо известные законы давления и объема нарушаются, когда количество молекул газа уменьшается ниже определенного порога. Другими словами, законы действуют только в определенном диапазоне, ниже или выше которого существует неопределенность. Важно признать, что коллективная координация сущностей на нескольких уровнях организационной иерархии не только фундаментальна для нашего существования, но и обеспечивает правильный материал для открытия новых законов в науке.

Что описывает «настоящую биологию» в организме?

Более 7 миллионов белковых последовательностей и более 50 000 белковых структур были экспериментально определены (Kelley and Scott 2008). С появлением нового направления метагеномики еще много молекулярных компонентов и взаимодействий ждут своего открытия. Следовательно, логично предположить фундаментальный принцип организации, чтобы объяснить, как информация эффективно передается по большим биомолекулярным сетям.Все, что происходит внутри организмов, можно интерпретировать как биологию, но важно четко понимать разницу между химией и биологией.

Все, из чего состоит организм, не относится к области биологии. Строение материи из атомов и молекул можно описать с помощью физики и химии. Слой атомной структуры описывается физикой. Слой атомного взаимодействия описывается химией. Можно думать о взаимодействиях белок-белок или белок-ДНК в терминах законов и правил биологии.Однако даже эти биомолекулярные структуры и взаимодействия являются результатом физических процессов. Возникает вопрос: «где начинается настоящая биология»? По нашему мнению, настоящая биология состоит из пространства, которое существует между взаимодействием и функцией, то есть биология должна действовать на более высоких уровнях, чем уровни атомов и молекул. Другими словами, настоящая биология существует в , цель , а не только в простых физических взаимодействиях. Можно рассматривать контуры обратной связи как физический эквивалент цели .Фактически, организмы можно абстрагировать как черные ящики «подобный вход против уникального выхода», которые различаются с точки зрения петель обратной связи, а не самих строительных блоков.

В поисках новых законов в биологии уместно спросить: «почему это существует» в дополнение к «как это существует»? Этот вопрос на самом деле является частью более широкого вопроса о цели нашего существования, то есть почему существует жизнь? Вероятно, окончательный ответ находится где-то на стыке философии и материаловедения.На физическом уровне законы существуют благодаря внутреннему порядку в системе. Наука просто описывает этот внутренний порядок в форме правил, принципов и законов. Итак, вопрос — почему существуют законы, заключается в том, что существуют закономерности. Причина существования закономерностей заключается в том, что молекулярные структуры вписываются друг в друга — структурные взаимодействия являются первопричиной закономерностей более высокого уровня. Если объект не взаимодействует, это, вероятно, эволюционный придаток, ожидающий повторного использования или структурной модификации для минимального взаимодействия.Законы — это придуманные людьми формализмы, созданные для понимания того, что естественно доступно, и создания новых конструкций из существующего сырья.

Заключение

Открытие законов, основанных на хорошо известных константах в физике, например, постоянной Планка, скорости света, законах движения), побуждает искать подобные закономерности в биологии. На фенотипическом уровне разумную основу обеспечивают менделевские законы наследования. Однако на уровне межклеточного взаимодействия и молекулярных сетей фундаментальные принципы организации еще предстоит открыть.В биологии трудно представить себе существование (1) компонентов с предсказуемым поведением, (2) неразложимых компонентов, подобных элементам периодической таблицы, и (3) универсальных биологических констант, эквивалентных таковым из физических констант. По сути, в биологии не существует «стандартной траектории» — каждое биологическое решение оптимально в данном контексте окружающей среды. Однако из-за сложной природы биологической организации трудно придумать универсальный закон или теорию в биологии, связывающую все уровни, от атомов до экосистем.Вместо этого следует искать обобщения на разных уровнях. Чтобы найти такие обобщения, полезно разработать новые технологии измерения, которые фиксируют динамическую природу биологических систем и, что более важно, улавливают эмерджентные свойства, возникающие в результате группового поведения взаимодействующих компонентов.

Как только основные принципы коллективной организации раскрыты, видоспецифичные вариации могут быть объяснены путем рассмотрения метаболических / регуляторных плагинов в фундаментальной структуре.Это будет похоже на описание основополагающих правил строительства автомобилей и добавление уникальных функций для создания уникальных моделей автомобилей. Хотя неясно, удастся ли нам когда-нибудь найти новые законы / принципы в биологии, в нашей статье представлен свежий подход к решению этой проблемы.

На основе качественных данных были идентифицированы некоторые статические константы, например, последовательность и структурные мотивы, степенные законы и так далее. Однако необходимо извлечь динамические константы из количественных данных e.г., пороги концентрации. Следует знать, что термин «постоянный» не улавливает значение, которое остается неизменным независимо от граничных условий. Каждая «кажущаяся локальная константа» принимает «нелокальный» характер за счет наследования структуры и динамики сети. Это очень строго соответствует проблеме импеданса в электротехнике и использовалось в терминах метафоры, основанной на электричестве (Palumbo et al. 2005, 2007). Корреляция скорости метаболизма с массой тела как у прокариот, так и у эукариот (Kleiber 1932) говорит нам, что поиск закономерностей в биологии стоит усилий.Однако в будущем нам необходимо решить проблему сложности молекулярной сети.

Наконец, можно спросить, имеет ли смысл выявлять закономерности из данных, которые часто являются неполными, а иногда и неверными. Возникает вопрос: можем ли мы делать обобщения из неполно понятных систем? Есть другая школа мысли, которая утверждает, что законов в биологии просто не существует. Согласно этому убеждению, организмы возникают из спонтанного порядка. Мы хотели бы утверждать, что спонтанный порядок не указывает на случайно организованную систему.Спонтанный порядок просто указывает на то, что компоненты находят друг друга и создают надежную систему. Если действие , находящего друг друга, не основано на четко определенных правилах, трудно объяснить, как согласованный фенотип может неоднократно проявляться в результате молекулярных взаимодействий. В этой статье мы исследовали возможность использования менделевского подхода для поиска новых законов в биологии. Может быть несколько более эффективных подходов, чем подход, основанный на константах. Независимо от всего этого, важно признать, что законы формализуют последовательные наблюдения; они их не объясняют.

Благодарности

Работа поддержана внутренним финансированием RIKEN.

Открытый доступ

Эта статья распространяется на условиях Некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution, которая разрешает любое некоммерческое использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора (авторов) и источника.

Ссылки

• Цай Л., Фридман Н., Се XS. Стохастическая экспрессия белка в отдельных клетках на уровне одной молекулы.Природа. 2006; 440: 358–362. DOI: 10,1038 / природа04599. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Картрайт Н. Как лгут законы физики. Оксфорд: издательство Оксфордского университета; 1983. с. 57. [Google Scholar]
• Dhar PK. Следующий шаг в биологии: таблица Менделеева? J Biosci. 2007. 32: 1005–1008. DOI: 10.1007 / s12038-007-0099-8. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Эловиц М.Б., Левин А.Дж., Сиггиа Е.Д., Суэйн П.С. Стохастическая экспрессия гена в отдельной клетке. Наука. 2002; 297: 1183–1186.DOI: 10.1126 / science.1070919. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Фейнман Р. Характер физического закона. Кембридж: MIT Press; 1967. с. 13. [Google Scholar]
• Gurdon JB, Bourillot P-Y. Интерпретация градиента морфогенов. Природа. 2001; 413: 797–803. DOI: 10,1038 / 35101500. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Jeong H, Tombor B, Albert R, Oltvai ZN, Barabási AL. Масштабная организация метаболических сетей. Природа. 2000; 407: 651–654. DOI: 10,1038 / 35036627.[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Келли Л.А., Скотт Массачусетс. Эволюция биологии. Переход к разработке инструментов для создания прогнозов и отход от традиционной исследовательской практики. EMBO Rep. 2008; 9: 1163–1167. DOI: 10.1038 / embor.2008.212. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Клейбер М. Размер тела и обмен веществ. Хильгардия. 1932; 6: 315–353. [Google Scholar]
• Лафлин РБ. Другая вселенная: переосмысление физики снизу вниз.Лондон: базовые книги; 2005. [Google Scholar]
• Лафлин Р. Б., Пайнс Д., Шмалян Дж., Стойкович Б. П., Волинс П. Срединный путь. Proc Natl Acad Sci USA. 2000. 97: 32–37. DOI: 10.1073 / pnas.97.1.32. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Левис Р.В., Ганесан Р., Хаутченс К., Толар Л.А., Шин FM. Транспозоны вместо теломерных повторов на теломере дрозофилы. Клетка. 1993; 75: 1083–1093. DOI: 10.1016 / 0092-8674 (93) -K. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Лолле С.Дж., Виктор Дж.Л., Янг Дж.М., Прюитт Р.Э.Полногеномное неменделирующее наследование внегеномной информации у Arabidopsis. Природа. 2005; 434: 505–509. DOI: 10,1038 / природа03380. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Mendel JG (1865) Versuche über Plflanzenhybriden Verhandlungen des naturforschenden Vereines в Брюнне, Bd. IV für das Jahr; Abhandlungen, pp 3–47
• Palumbo MC, Colosimo A, Giuliani A, Farina L. Функциональная значимость особенностей топологии в метаболических сетях: исследование на примере дрожжей. FEBS Lett. 2005; 579: 4642–4646.DOI: 10.1016 / j.febslet.2005.07.033. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Palumbo MC, Colosimo A, Giuliani A, Farina L. Сущность — это новое свойство метаболической сетевой разводки. FEBS Lett. 2007. 581 (13): 2485–2489. DOI: 10.1016 / j.febslet.2007.04.067. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Sharp PM, Li W-H. Индекс адаптации кодонов — мера направленного смещения использования синонимичных кодонов и его потенциальных приложений. Nucleic Acids Res. 1987; 15: 1281–1295. DOI: 10,1093 / нар / 15.3.1281. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Шетти Р.П., Энди Д., Найт Т.Ф., мл. Разработка векторов BioBrick из BioBrick Parts. J Biol Eng. 2008; 2: 5. DOI: 10.1186 / 1754-1611-2-5. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Stamos DN. Законы Поппера и исключение биологии из подлинной науки. Acta Biotheor. 2007. 55 (4): 357–375. DOI: 10.1007 / s10441-007-9025-6. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Вагнер А., Фелл Д.А. Маленький мир внутри больших метаболических сетей.Proc Biol Sci. 2001; 268: 1803–1810. DOI: 10.1098 / rspb.2001.1711. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• White MA, Eykelenboom JK, Lopez-Vernaza MA, et al. Неслучайная сегрегация сестринских хромосом у Escherichia coli . Природа. 2008; 455: 1248–1250. DOI: 10,1038 / природа07282. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

Есть ли в биологии законы? | Накапливающиеся глюки

Наука — это наш способ понять вселенную, сделать чувство моделей объектов и поведения вокруг нас и объяснение регулярность мира, который мы переживаем.Мы используем несколько разных слова для характеристики идей и объяснений, которые мы придумываем. А гипотеза — это обоснованное предположение, предположение о мире, которое нуждается в проверке, в то время как теория является хорошо обоснованной, последовательной структура, которая объясняет некоторые аспекты Вселенной. Научные «законы» кажется, попадает где-то посередине; пока они очень хорошо поддерживаются, они склонны утверждать вещи о мире, а не предлагать объяснение. Например, закон всемирного тяготения Ньютона позволяет нам предсказать гравитационное притяжение между двумя объектами, но не объясняет , почему объектов притягиваются друг к другу.

Большинство законов, с которыми люди знакомы, вероятно, происходят из физики или химии. А как насчет биологии? Есть ли в биологии законы? Я не уверен, есть ли они, но мне кажется, что эволюция (или, возможно, экология) являются наиболее вероятными областями для создания биологических законов, то есть предсказательных биологических утверждений, которые являются достаточно общими, чтобы избежать конкретного контекста жизни на Земля. Один кандидат может быть «Каждый вид либо видоизменится, либо исчезнет». Это может показаться скучный или упрощенный, но он не сильно отличается от Ньютоновского первый закон движения: «движущиеся объекты стремятся оставаться в движении и покоящиеся объекты, как правило, остаются в покое, если их не потревожит посторонний сила».Возможно, это не совсем объясняет, что происходит, но на самом деле фиксирует мы наблюдаем достоверную картину и, по крайней мере, на мой взгляд, предполагает, что в основе этого лежит нечто более глубокое.

Может, стоит поискать пример с большим весом, что-то более информативный, а не просто описательный. Как насчет «популяций живые существа развиваются посредством естественного и полового отбора и / или генетический дрейф.» Это немного глубже, чем первое предложение; это даже часть сложной теоретической основы, включающей множество уравнений (для тех, кто страдает завистью к математике).Конечно, есть повод для споров — особенно о том, что означает «живые существа», но предположим, что мы Можно было бы согласиться с формулировкой: может ли это быть законом биологии? Почему или почему нет?

Когда я затронул эту тему в другом месте, кто-то предложил «Живые организмы собирать энергию и использовать ее, чтобы дистанцироваться от химических равновесие «, что также звучит для меня как хороший кандидат на биологический закон. Вам это кажется потенциальным законом биологии или просто описанием / определением? В чем разница между ними?

Итак, что вы думаете? Возможны ли «законы биологии»? Это довольно большая тема, поэтому, возможно, эти подсказки помогут вам задуматься:

• Как вы думаете, что означает «закон» (в контексте науки)?
• Подходит ли какое-либо из приведенных здесь предложений для «закона биологии»? Который лучший?
  
• Можете ли вы предложить какие-либо другие потенциальные законы биологии?
• Почему так легче говорить о законах физики?
• А как насчет химии? Экономика? Антропология?

Что такое «законы биологии»?

Без рассмотрения фундаментальной философии биологической сложности мы никогда не сможем по-настоящему понять, как работают живые организмы

Биолог 64 (6) стр. 6

Биология — это не только прикладная химия или прикладная физика.Компоненты живых систем подчиняются законам физики, но существование и поведение живых организмов нельзя вывести только на основании этих законов. Все, что происходит в живых существах, нельзя объяснить мелкими деталями. Чтобы понять живые существа, необходимо обратиться к принципам системной организации более высокого порядка — действительно, это существенный факт, что они являются организмами, которые делают что-то, и требует объяснения.

Большинство биологов в целом поддержали бы эту точку зрения, если бы загнали ее в философский угол — в конце концов, это то, что делает биологию наукой сама по себе.Однако даже среди тех, кто полностью согласен с тем, что для биологии уместна системная перспектива, лишь небольшое число людей активно занимается наукой о сложных системах либо в исследованиях, либо в обучении, и еще меньшее количество придерживается основополагающей философии.

Для этого есть веская причина. Редукционистский подход оказался продуктивным. Мы определили все больше и больше компонентов отдельных подсистем, определили их взаимодействия и разъяснили их функции во все большей степени детализации.Но действительно ли эта продуктивность привела к более глубокому пониманию всей системы или она просто создает иллюзию прогресса?

Если мы определяем прогресс как растущую способность предсказывать и контролировать поведение живых систем, то вы можете утверждать, например, что все новые лекарства, которые мы разработали за последние десятилетия, говорят о силе редукционистского подхода. Однако для каждого успешного нового препарата есть сотни, которые не справились с тем или иным препятствием, обычно из-за непредсказуемых эффектов на системном уровне.

Точно так же, хотя сотни генетических вариантов были связаны с различными человеческими чертами и расстройствами, доля фенотипической дисперсии, коллективно объясняемая такими вариантами, остается удручающе низкой. Мы до сих пор не понимаем логики, связывающей генотипы с фенотипами, и, несмотря на доступ ко всем геномам, часто можем делать только самые нечеткие прогнозы.

В нейробиологии у нас есть беспрецедентная способность контролировать или даже управлять нейронной активностью, от уровня отдельных нейронов до нейронных ансамблей и распределенных систем мозга, но нам не хватает принципиальной основы, чтобы понять, что делает вся эта деятельность — какую информацию обрабатывается, как он передается с уровня на уровень, какие вычисления выполняются и что все это означает для поведения животного.

Игнорирование системной перспективы, когда мы имеем дело только с небольшими объемами изолированных данных, возможно, можно было бы оправдать — такая перспектива не нужна и, возможно, бесполезна. Но ограничения редукционистского подхода теперь раскрыты. Мы тонем в данных, причем измерения доступны иногда для каждого компонента множества различных видов взаимозависимых систем. Понятно, что логика того, как все это работает, не возникнет ни из нашего знания каждого из компонентов по отдельности, ни из простых линейных моделей, ни даже из подхода машинного обучения методом грубой силы.

Чтобы добиться реального прогресса, нам понадобится другой язык, основанный на другой концептуальной основе, с другими инструментами и методами, которые можно использовать. К счастью, такие концепции и инструменты уже существуют, они заимствованы из кибернетики, теории информации, теории динамических систем, теории принятия решений, семиотики и многих других областей [1–3].

Взяв, по сути, инженерно-вычислительную перспективу, мы можем упростить наш взгляд на функциональную архитектуру живых систем.Например, мы можем распознать, что некоторый набор компонентов, взаимодействующих определенным образом, действует как фильтр, или переключатель, или детектор совпадений, и так далее. И когда мы собираем несколько из них вместе, мы получаем осциллятор, или гомеостатический регулятор, или накопитель доказательств. Это дает возможность выйти за рамки простого описания того, что происходит, к фактическому пониманию того, что делает система.

Нервная система нематоды Caenorhabditis elegans состоит из 302 нейронов, и ее коннектом полностью известен уже более 30 лет.Во многих экспериментах изучались функции отдельных нейронов или небольших цепей, но в основном изолированно, оставляя неясной логику того, как они координируют поведение. Напротив, применение теории управления к коннектому недавно выявило функциональную архитектуру моторного контроля, сделав впоследствии подтвержденные прогнозы о том, какие нейроны в плотно связанной сети будут незаменимы или незаменимы для регулируемого движения [4].

Это правильный вычислительный подход для понимания сложных систем и извлечения знаний из всех данных, которые мы генерируем.В более фундаментальном плане такая системная перспектива обеспечивает столь необходимую философскую основу для биологии как науки самой по себе.

— Эти идеи более подробно рассматриваются в эссе «Каковы законы биологии?» в блоге Кевина по адресу www.wiringthebrain.com

Кевин Дж. Митчелл — адъюнкт-профессор нейробиологии развития в Тринити-колледже в Дублине. Его можно найти в Twitter @WiringtheBrain

. Ссылки
1) Винер, Н. Кибернетика. Или «Управление и общение в животном и машине», (MIT Press, 1948).
2) фон Берталанфи, Л. Общая теория систем (Джордж Бразиллер Инк., 1969).
3) Alon, U. Введение в системную биологию (Chapman and Hall / CRC, 2007).
4) Ян, Г. et al. Принципы сетевого управления позволяют прогнозировать функцию нейронов в коннектоме Caenorhabditis elegans. Природа 550 , 519–523 (2017).

Каковы законы биологии?

Редукционистский взгляд на биологию что в конечном итоге все сводится к физике.Что все, что происходит в живом организме можно полностью объяснить объяснением на уровне материи в движении — атомы и молекулы движутся, оказывая силы на каждую другие, натыкаясь друг на друга, обмениваясь энергией. И из с одной точки зрения, это абсолютно верно — там нет ни магии, ни мистического жизненная сущность — очевидно, что это все физическое вещество, контролируемое физическими законами.

Но такая перспектива не дает достаточное объяснение жизни.Пока живые существа подчиняются законам физики, нельзя вывести ни их существование, ни их поведение из этих законов в одиночестве. Есть и другие факторы — принципы дизайна более высокого порядка. и архитектура сложных систем, особенно спроектированных или эволюционировал, чтобы произвести целенаправленных поведение. Жилые системы для что-то — в конечном счете, они для самовоспроизведения, но у них есть множество подсистем для различных функций, необходимых для достижения этой цели.(Если «Для чего-то» звучит слишком антропоморфно или телеологично, по крайней мере, мы можем сказать что они «что-то делают»).

Большая часть биологии связана с работой детали всех этих подсистем, но мы редко обсуждаем более абстрактные принципы, по которым они действуют. Мы живем в деталях, и мы тащите студентов туда с нами. Мы можем надеяться, что общие принципы будут вытекают из этих исследований, и до некоторой степени они это делают. Но похоже мы часто нащупываем общую картину — всегда пытаемся построить ее из компоненты и процессы, которые мы идентифицировали в некоторых конкретных области, а не подходить к ней каким-либо принципиальным образом или основывать ее на каких-либо более общий фундамент.

Итак, что это за принципы? Они даже существовать? Можем ли мы сказать что-нибудь общее о том, как устроена жизнь? Есть ли теоретическая основа для интерпретации всех этих деталей?

Ну, конечно, сама основа Биология — это теория эволюции путем естественного отбора. Это по сути простой алгоритм: взять популяцию особей, выбрать наиболее приспособленных (по независимо от критериев) и позволить им размножаться, добавить больше вариаций в процесс и повторить.И повторить. И повторить. Важная вещь об этом процесс заключается в том, что он строит функциональность на основе случайности путем включения храповой механизм. Каждое поколение хранит хорошие (случайные) вещи из последний и опирается на него. Таким образом, эволюция постепенно включает дизайн в живые существа — не в результате сознательного, дальновидного процесса, но ретроспективно, сохраняя работающие дизайны (для любых организму необходимо что-то сделать, чтобы выжить и воспроизвести), а затем разрешить поиск дальнейшие улучшения.Но это пространство поиска не бесконечно — или по крайней мере, только очень небольшая часть возможного пространства поиска на самом деле исследовал. Я часто использую цитату компьютерного ученого Джеральда Вайнберга, который сказал что: « Вещи такие, какие они есть, потому что они стали такими ». Это красиво отражает идею о том, что эволюция представляет собой серию замороженных случайностей и что понимание того, как устроены живые системы, требует эволюционного перспектива. Это правда, но упускается важный момент: иногда такими, какие они есть, потому что это единственный способ, который работает.

Естественный отбор может объяснить, насколько сложен и целенаправленные системы развиваются, но само по себе это не объясняет, почему они так они есть, а не как-то иначе. Это сводится к инженерному делу. если ты хотите, чтобы система выполняла X, обычно существует ограниченный набор способов, которыми это может быть достигнутым. Они часто включают довольно абстрактные принципы, которые можно реализовать. во всех видах различных систем, биологических или спроектированных.

Системы принципы

Системная биология изучает подобные принципов в живых организмах — анализ цепей и сетей гены, белки или клетки с точки зрения инженерного дизайна.Этот подход смещает акцент с потока энергии и материи, чтобы подчеркнуть вместо потока информации и вычисления, которые выполняются на нем, которые включают данную схему или сеть для выполнения своей функции.

В любой сложной сети с большим количеством номеров компонентов существует фактически бесконечное количество способов, которыми эти компоненты могли взаимодействовать. Это, очевидно, верно на глобальном уровне, но даже когда мы говорим о двух или трех компонентах одновременно, есть много возможные варианты того, как они могут влиять друг на друга.Для сети три фактора транскрипции, например, A может активировать B, но репрессировать C; или A мог активировать B, и вместе они могли подавить C; C может быть подавлен либо A OR B, либо только тогда, когда присутствуют оба A и B; C может передать обратную связь инактивировать A и т. д. и т. д. Как видите, существует огромное количество возможных договоренности.

Основной вывод системной биологии состоит в том, что на самом деле используется лишь очень небольшое подмножество возможных сетевых мотивов, и это эти мотивы повторяются во всевозможных системах, от транскрипционных до биохимические нейронные сети.Это потому, что только те аранжировки взаимодействия эффективно выполняют некоторые полезные операции, лежащие в основе некоторых необходимая функция на клеточном или организменном уровне. Они разные устройства для суммирования входов, сравнения входов, интегрирования по времени, верхних частот или фильтрация нижних частот, отрицательное автоматическое регулирование, обнаружение совпадений, периодические колебания, бистабильность, быстрая реакция начала, быстрая реакция смещения, превращение градуированного сигнала в резкий импульс или границу и так далее, и так далее.

Рисунок: Несколько общих сетевых мотивов. Каждый из них будет иметь разные отношения ввода-вывода. (Источник)
Все это знакомые концепции и конструкции в технике и вычислительной технике с хорошо известными свойствами. В живых организмах есть еще одно общее свойство, которому должны удовлетворять конструкции: надежность. Они должны работать с шумными компонентами в очень уязвимом масштабе. к тепловому шуму и возмущениям окружающей среды. Подмножества дизайнов, которые выполнить некоторую операцию, только гораздо меньшее подмножество будет делать это достаточно надежно быть полезным в живом организме.То есть они все еще могут выполнять свои конкретные функции в условиях шумных или колеблющихся входных сигналов или изменения количество компонентов, составляющих элементы самой сети.

Эти надежные сетевые мотивы — вычислительные примитивы, из которых могут быть созданы более сложные системы. собран. В сочетании особым образом они создают мощные системы для объединение информации, сбор доказательств и принятие решений — для например, принять судьбу одной клетки над другой, включить метаболический путь, сделать вывод о существовании объекта из сенсорных входов, предпринять некоторые действия в определенная ситуация.

А концептуальная основа системной биологии

Понимание того, как работают такие системы, может значительно продвинуться за счет внедрения принципов из широкого спектра областей, включая теорию управления или кибернетику, теорию информации, теорию вычислений, термодинамику, теорию принятия решений, теорию игр, теорию сетей и многие другие другие. Хотя каждая из них — это отдельная область, со своими научными традиции, их можно объединить в более широкую схему. Сочиняя в 1960-х, Людвиг фон Берталанфи — эмбриолог и философ — признал концептуальное и объяснительная сила всеобъемлющей системной перспективы, которую он назвал просто Общая теория систем.

Даже у этой широкой основы есть ограничения, однако, как и современная область системной биологии. Акцент на цепи конструкции, которые обеспечивают различные типы обработки информации и вычислений. безусловно, удачный подход к живым системам, но он, пожалуй, остается слишком статичный, линейный и однонаправленный.

Чтобы полностью понять, как живые организмы функции, нам нужно пойти немного дальше, за пределы чисто механистической вычислительная перспектива. Потому что живые организмы по сути своей ориентированы на достижение цели, они больше, чем машины пассивной реакции на стимулы, которые преобразовывать входы в выходы.Это проактивные агенты, которые активно поддерживают внутренние модели самих себя и мира, и что приспособить к поступающей информации, обновляя эти модели и изменяя свои внутренние состояния для достижения своих краткосрочных и долгосрочных целей.

Это означает, что информация интерпретируется в контекст состояния всей клетки или организма, который включает запись или память о прошлых состояниях, а также о прошлых решениях и результатах. это не просто сообщение, которое распространяется через систему — это означает что-то для получателя, и это смысл заключен не только в самом сообщении, но и в истории и состоянии приемник (будь то белок, клетка, ансамбль клеток или весь организм).Таким образом, система постоянно находится в потоке информации. течет как «вниз», так и «вверх» через постоянно взаимодействующую иерархию сети и подсети.

Рисунок: полезная карта науки о сложности (Брайан Кастеллани)
Кроме того, область семиотики ( изучение знаков и символов) обеспечивает принципиальный подход к рассмотрению значения. Он возник из лингвистики, но эти принципы могут быть применены и к любая система, в которой информация передается от одного элемента к другому, и где состояние и история приемника влияют на его интерпретацию сообщение.

В иерархических системах эта перспектива дает важное понимание — потому что сообщения передаются между уровнями, и потому что этот переход включает в себя пространственную или временную фильтрацию, многие детали теряются по пути. На самом деле эти детали несущественны. Множественные физические состояния более низкого уровня могут означать то же самое для более высокого уровня или когда интегрированы в течение более длительного периода времени, даже если информационное наполнение формально разные. Это означает, что законы физики низкого уровня, хотя и не нарушены каким-либо образом, сами по себе недостаточны для объяснения поведения живых организмов, которые обрабатывают информацию таким образом.Это требует размышлений причинно-следственной связи в более широком смысле, как пространственно, так и временно, а не только на основе мгновенного местоположения и импульса всех элементарных частицы системы.

А новый педагогический подход в биологии

В базовом учебнике биологии для бакалавриата У меня в офисе нет глав или разделов, описывающих какие-то принципы обсуждалось выше. Нет упоминания о их вообще-то. Слова «система», «сеть», «вычисления» и «Информация» даже не появляется в указателе.То же верно и для на моей полке учебники по биохимии, молекулярной и клеточной биологии, Биология развития, генетика и даже неврология.

Каждая из этих книг наполнена деталями о том, как работают отдельные подсистемы, и каждая из них почти полностью отсутствует какая-либо основополагающая концептуальная теория. Большая часть того, что мы делаем в биологии и многое из того, что мы учим, описывает то, что происходит с , а не то, что система делает с . Мы всегда пытаемся понять, как та или иная система работает, ничего не зная о том, как работают системы в целом.Биология как целое, вместе с его субдисциплинами, просто не учат из этого перспектива.

Это может быть связано с тем, что он обязательно включает математика и принципы из физики, вычислительной техники и инженерии, а также многие другие биологи не очень довольны этими областями или даже испытывают острую фобию математики. (Мне стыдно сказать, что мои собственные математические навыки атрофировались из-за десятилетия забвения). В основном по этой причине области науки, которые имеют дело с этими абстрактными принципами, такими как системная биология или вычислительная Неврология или более общие области, такие как кибернетика или сложность. Теории, по иронии судьбы рассматриваются как тайные особенности, а не как общие концептуальные основы биологии.

Как мы узнали все больше и больше подробностей в все больше и больше областей, мы, кажется, действительно удалялись все дальше и дальше из любых объединяющих рамок. Во всяком случае, обсуждение такого рода проблемы были более живыми и, вероятно, более влиятельными в начале и середине 1900-х годов. когда ученые не были так завалены деталями. Конечно, было легче то время, чтобы быть настоящим эрудитом и затронуть биологические вопросы принципы, впервые обнаруженные в физике, вычислительной технике, экономике или других областях.

Но теперь мы тонем в данных. Нам нужно обучить новое поколение биологов, способных справиться с этим. Я не означает просто технически опытный в перемещении его и подаче в черный цвет ящики с алгоритмами машинного обучения в надежде обнаружить некоторые статистические узоры в нем. И я не обязательно имею в виду эксперта во всех сложных математика, лежащая в основе всех упомянутых выше областей. Я имею в виду оборудованный в хотя бы с правильной концептуальной и философской структурой, чтобы действительно понять, как работают живые системы.

Как добраться до этой точки — вот вызов, но об одном, я думаю, нам следует подумать.

ресурсов

Порядок вне хаоса. Новый диалог человека с Природа. Илья Пригожин и Изабель Стенгерс, 1984 год.

Каковы правила международной биологии? | Бионаука

Биология — это глобальное предприятие. Независимо от того, очевидны ли вам международные аспекты вашего исследования, они действительно существуют — и они важны.

Страницы BioScience часто включают отчеты, в которых описываются исследовательские усилия международных групп или исследования, которые ученый проводил за границей — или, иногда, в морях , — которые могут регулироваться другой страной или международным договором. В мартовской редакционной статье ( https://doi.org/10.1093/biosci/biy022 ) я обратил внимание на вывод последнего отчета Национального научного совета по индикаторам науки и инженерии : «Глобальный ландшафт исследований в области науки и техники» , образование и деловая активность претерпели драматические изменения с начала двадцать первого века, поскольку регионы, страны и экономики по всему миру продолжают инвестировать в науку и технологии.«В качестве примера этого все более глобального рынка, передовая статья BioScience от Скотта Коллинза ( https://doi.org/10.1093/biosci/biy004 ) подчеркнула стимулы Франции к привлечению лучших исследователей изменения климата. Буквально в прошлом месяце в сентябрьском выпуске Мирна Ватанабе сообщила о быстро возникающих международно-правовых вопросах, связанных с оцифровкой биологических образцов, образцов и данных ( https://doi.org/10.1093/biosci/biy086 ). Другие авторы обратили внимание на еще большее количество вопросов.

Обдумайте следующие вопросы: Можно ли было бы улучшить ваше исследование, если бы у вас был доступ к ресурсам или инструментам из другой страны? Использовали ли вы образец или образец (например, данные о генах, тканях, организме или окружающей среде), собранные не в вашей стране? Кто владеет или контролирует права на производные продукты, созданные из образцов или образцов, собранных за рубежом? Вы проводите исследования в другой стране или сотрудничаете с учеными в их стране? Вы работали с зарубежным соавтором, используя данные из разных стран? Какие законы регулируют использование и безопасность данных, собранных в других странах? Редколлегия вашего журнала — отражение глобального научного предприятия? Как состав редколлегии влияет на науку? Имеет ли научное сообщество возможность выявлять подозрительные исследования по мере роста глобальной продуктивности исследований? Как культурные нормы и ожидания влияют на проведение исследований, обмен данными и целостность исследований?

Это сложные вопросы.В отсутствие ответов ученых исследования будут замедляться из-за тумана двусмысленности и трясины несовместимых и сложных правил.

Биологи, и особенно их профессиональные сообщества и организации, должны активно рассматривать эти вопросы. Во многих случаях ответы потребуют изменения традиций и практики. Ответы на другие вопросы могут потребовать изменения политики — потенциально в международном масштабе.

По этим причинам в декабре 2018 года Американский институт биологических наук (AIBS) созовет «Международную биологию нового поколения.Эта встреча, в которой примут участие представители обществ и организаций-членов AIBS, положит начало диалогу между лидерами биологического сообщества о текущих проблемах и возможностях международной биологии. Я призываю вас поделиться своими идеями и проблемами по этим темам с руководством профессионального сообщества, особенно с представителем вашей организации в AIBS. Если ваша организация не является членом AIBS, мы с нетерпением ждем возможности приветствовать вас в нашем сообществе, чтобы помочь в решении подобных вопросов, представляющих общий интерес для биологии.

© Автор (ы) 2018. Опубликовано Oxford University Press от имени Американского института биологических наук.

Колледж Амарилло — Правила безопасности биологических лабораторий

Правила безопасности биологических лабораторий

1. Никогда не работайте в лаборатории в одиночку без разрешения и предварительного уведомления инструктора.
2. Не участвуйте в шумных, игривых или непрофессиональных действиях в лаборатории.Это включает в себя проявление неуважения к своему инструктору или одноклассникам.
3. Студенты должны тщательно мыть руки после первого входа в лабораторию.
4. Студентам разрешается пить под крышкой во время лекций и компьютерных классов. В противном случае они никогда не должны есть или пить что-либо в лаборатории без явного разрешения инструктора.
5. В лаборатории всегда носите соответствующую одежду. Носите обувь с закрытым носком, закрывающую верхнюю часть стопы, если инструктор не разрешит иное.
6. Надевайте смотровые перчатки и защитные очки при препарировании или работе с трупами, едкими химическими веществами, культурами бактериального бульона или в соответствии с рекомендациями вашего инструктора.
7. Надевайте перчатки при работе с любыми микроорганизмами. Надевайте лабораторные фартуки или лабораторные халаты в соответствии с рекомендациями вашего инструктора.
8. Держите руки подальше от лица, глаз и рта при работе с трупами, химическими веществами, консервированными образцами, микроорганизмами или биологическими жидкостями. Это включает в себя отказ от применения косметики, корректировки контактных линз и обкусывания ногтей.
9. Если какие-либо химические вещества или другие вещества попали вам в глаза, немедленно обратитесь к ближайшей раковине и промойте глаза водой.
10. Сообщайте инструктору о ЛЮБЫХ и ВСЕХ авариях, разливах, ПОЛОМАХ или травмах, какими бы незначительными они ни казались.
11. Скальпели и другие острые предметы можно использовать только с разрешения инструктора и только после получения надлежащих инструкций по обращению. Используйте небольшие лотки для переноски всех острых предметов. При работе с острыми предметами держите их кончиками вниз и подальше от других людей.
12. Студенты в смотровых перчатках не должны покидать лабораторию и не должны касаться какого-либо оборудования, такого как микроскопы, каких-либо личных вещей, таких как сотовые телефоны, или каких-либо дверных ручек.
13. Не используйте какое-либо лабораторное оборудование без инструкции и разрешения инструктора. Немедленно сообщайте своему инструктору о любом поврежденном или сломанном оборудовании.
14. При проведении экспериментов на лабораторных столах не должно быть посторонних предметов. Сюда входят ненужные книги, рюкзаки, сотовые телефоны и другие личные вещи.
15. Любая беременная студентка или студентка с ослабленным иммунитетом должна уведомить инструктора о курсе. Беременным студентам не разрешается проводить вскрытие или работать с любыми жидкостями организма без разрешения врача. Беременная студентка должна носить защитные очки и 2 комплекта смотровых перчаток при работе с бактериальными бульонами или культурами.

Универсальные меры предосторожности для студентов, работающих с мочой или слюной

1. Перед лабораторией тщательно вымойте руки и выстелите рабочую зону чистыми бумажными полотенцами.
2. Студенты должны носить перчатки и могут обращаться только с собственными биологическими жидкостями.
3. Студенты должны носить лабораторные фартуки, защитные очки и хирургические маски.
4. Промойте и утилизируйте все материалы, которые могли контактировать с мочой или слюной, в соответствующий контейнер для биологически опасных отходов.
5. Выбросить мочу в унитаз ванной и слюну в раковину.
6. После лаборатории протрите рабочую зону дезинфицирующим средством и тщательно вымойте руки.

Правила утилизации

1. Утилизируйте битую стеклянную посуду в картонную коробку с маркировкой.Емкости для битого стекла можно использовать ТОЛЬКО для битого стекла. Всегда используйте метлу и совок, если вас просят очистить битую стеклянную посуду.
2. Утилизируйте использованные предметные стекла в стеклянном или пластиковом контейнере с надписью «Использованные предметные стекла».
3. Биологически опасные отходы необходимо утилизировать в контейнере для биологически опасных отходов. Консервированные материалы (например, кошачьи салфетки) не считаются биологически опасными отходами и могут быть выброшены в обычную мусорную корзину. Ваш инструктор проинформирует вас, какие контейнеры для утилизации следует использовать с биологически опасными отходами (металлические, стеклянные и неострые).
4. Незагрязненные перчатки можно утилизировать вместе с обычным мусором. Загрязненные перчатки необходимо утилизировать в контейнер для биологически опасных отходов. Смотровые перчатки, используемые при препарировании, не считаются биологически опасными отходами и могут быть выброшены вместе с обычным мусором.

Ожидания

1. Каждый студент покидает лабораторию чистым и организованным для следующего раздела лаборатории. Оставьте свое рабочее место таким же чистым или более чистым, как вы его нашли, и верните лабораторные предметы в указанные места в ящиках или шкафах.Убедитесь, что отходы и мусор помещены в соответствующие емкости. Обязательно соберите все личные вещи перед отъездом на день.
2. Каждый студент должен подтвердить в конце онлайн-викторины по безопасности следующее утверждение: «Я изучил и понимаю правила лабораторной безопасности для этого курса. Я понимаю, что меня могут уволить из лаборатории в этот день за неношение подходящей обуви и одежды или за несоблюдение надлежащих мер безопасности. Я понимаю, что повторные нарушения безопасности могут привести к отстранению от остальных лабораторных занятий без возможности восполнить пропущенные лабораторные оценки ».Из соображений безопасности студенту не разрешат участвовать в каких-либо лабораториях, если он / она не может согласиться с этим заявлением.

.