1.1. Понятие генетической информации. Поведение: эволюционный подход
1.1. Понятие генетической информации
Как хранится и воспроизводится генетическая информация? Какие структуры организма являются ее «хранилищем»? Как генетическая информация проявляется и как изменяется в ряду поколений? Без понимания этих вопросов немыслимо подходить к изучению любого аспекта поведения.
Носителями наследственной информации в природе являются нуклеиновые кислоты. Известно два вида нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). Генетическая информация записана на молекуле ДНК, которая служит местом ее хранения. Эта информация записана при помощи особых «букв» – нуклеотидов, которые являются мономерами ДНК.
Нуклеотиды ДНК представляют собой сложные молекулярные комплексы, состоящие из азотистого основания, углевода пентозы (дезоксирибоза
Гены – единицы генетической информации. Иногда они небольшого размера, иногда состоят из тысяч нуклеотидов. Дать краткое и точное определение гену весьма сложно – это одна из центральных проблем генетики. Весь XX в. представления о гене непрерывно изменялись. В рамках классической генетики это было, скорее, абстрактное понятие элементарной структуры, отвечающей за определенный признак организма. После рождения молекулярной биологии под геном обычно понимался участок ДНК, кодирующий отдельный признак. Но последующие открытия «перекрывающихся» генов, «мозаичной» структуры, псевдогенов, мобильных генетических элементов, регуляторных последовательностей и многого другого все более усложняли и размывали понятие гена (Курчанов Н. А., 2009). С большой степенью условности остановимся на лаконичном определении гена, которое приводит в своей книге В. З. Тарантул: «Ген – это физическая (определенный участок ДНК) и функциональная (кодирует белок или РНК) единица наследственности» (Тарантул В. З., 2003).
Воспроизводится генетическая информация во время репликации. Репликацией называется процесс удвоения молекул ДНК. Именно уникальная способность ДНК к самоудвоению определяет ее ключевую роль в живом организме как носителя наследственности. Каждая молекула ДНК состоит из двух цепей нуклеотидов. Эти цепи соединены друг с другом по принципу комплементарности
Начинается репликация с локального участка молекулы ДНК, где двойная спираль ДНК раскручивается, разрываются водородные связи между нуклеотидами соседних цепей и цепи расходятся. К образовавшимся свободным связям каждой цепи присоединяются по принципу комплементарности (А – Т, Г – Ц) свободные нуклеотиды, находящиеся в клетке. Этот процесс идет вдоль всей молекулы ДНК с участием сложного ферментного комплекса. Поскольку у каждой дочерней молекулы ДНК одна нить происходит от материнской молекулы, а другая является вновь синтезированной, данная модель репликации получила название «полуконсервативной» (рис. 1.1). Мы рассмотрели только сам принцип репликации, не вникая в исключительно сложные биохимические процессы.
Две новые молекулы ДНК представляют собой копии исходной молекулы. Полуконсервативный механизм репликации ДНК столь же универсален в природе для воспроизведения генетического материала, как и сама структура ДНК.
Рис. 1.1. Полуконсервативный принцип репликации ДНК
Другая нуклеиновая кислота – РНК, участвует в процессах реализации генетической информации. Ее нуклеотиды отличаются от нуклеотидов ДНК одним азотистым основанием (урацил вместо тимина) и пентозой (рибоза). В настоящее время считается, что РНК была первой «молекулой жизни», объединившей в себе множество функций. Только потом функция хранения генетической информации перешла к ДНК, а функция катализа – к белкам. Однако разнообразные виды РНК в той или иной мере сохраняют свои первоначальные способности.
Любая информация в организме должна не просто храниться, но и работать. Реализация генетической информации происходит в ходе экспрессии генов – в процессах транскрипции и трансляции.
Транскрипцией
Рис. 1.2. Комплементарность смысловой цепи ДНК и нити РНК в процессе транскрипции: А – аденин; Т – тимин; Г – гуанин; Ц – цитозин; У – урацил
Синтез РНК чаще происходит только на одной из двух нитей ДНК (смысловой) и не по всей ее длине, а лишь в пределах одного гена. Таким образом, ген можно представить как участок ДНК, несущий информацию об одной рибонуклеотидной цепи, но это определение осложняется множеством исключений. Так, данное определение не подходит к малым РНК.
В результате процесса транскрипции синтезируются все молекулы РНК (и-РНК, т-РНК, р-РНК и др.). Эти молекулы после биохимических преобразований направляются в цитоплазму для участия в другом важнейшем процессе – трансляции, который протекает на рибосомах.
Трансляцией называется процесс синтеза полипептидной цепочки на нити и-РНК. На и-РНК переписана генетическая информация о структуре белков, которая закодирована последовательностью нуклеотидов. Полипептидная нить из аминокислот, приносимых т-РНК, синтезируется на и-РНК. Этот процесс происходит на рибосомах. Сами рибосомы состоят из многочисленных белков и р-РНК. При трансляции информация переписывается с языка РНК-нуклеотидов на язык аминокислот. Этот процесс, один из самых сложных в природе, происходит в несколько этапов с участием многих ферментов.
Соответствие структуры гена (в нуклеотидах) и структуры кодируемого им белка (в аминокислотах) было названо колинеарностью. Колинеарность определяется генетическим кодом. Кодировка соответствия двух типов записи информации выражается в том, что каждая аминокислота в структуре белка зашифрована последовательностью из трех нуклеотидов – триплетом или кодоном (рис. 1.3). Расшифровка генетического кода, завершенная к 1965 г., явилась одной из триумфальных побед генетики.
Рис. 1.3. Колинеарность и-РНК и полипептида, синтезированного в процессе трансляции (в полипептиде показаны комплементарные триплетам аминокислоты)
Процессы репликации, транскрипции и трансляции получили в биологии название матричных, поскольку в них одна молекула служит матрицей (образцом) для синтеза другой. Матричные процессы являются определяющими для протекания жизни на Земле.
Порядок переписывания генетической информации в клетке определяет поток информации в живой природе:
ДНК ? РНК ? белок.
Такая направленность была названа одним из основателей молекулярной биологии Ф. Криком (1916–2004) центральной догмой молекулярной биологии. Хотя современная генетика знает и альтернативные пути, этот поток информации реализуется в подавляющем большинстве живых систем.
Единство генетического кода и общность потока генетической информации в живой природе свидетельствуют о единстве происхождения всех живых организмов на нашей планете.
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
bio.wikireading.ru
Разные подходы к понятию информации — урок. Информатика, 10 класс.
В базовом курсе информатики и ИКТ информация рассматривалась в разных контекстах.
С позиции человека информация — это содержание сообщений, это самые разнообразные сведения, которые человек получает из окружающего мира через свои органы чувств.
Из совокупности получаемой человеком информации формируются его знания об окружающем мире и о себе самом.
Рассказывая о компьютере, мы говорили, что компьютер — это универсальный программно управляемый автомат для работы с информацией.
В таком контексте не обсуждается смысл информации.
Смысл — это значение, которое придает информации человек.
Компьютер же работает с битами, с двоичными кодами. Вникать в их «смысл» компьютер не в состоянии.
Поэтому правильнее называть информацию, циркулирующую в устройствах компьютера, данными.
Тем не менее, в разговорной речи, в литературе часто говорят о том, что компьютер хранит, обрабатывает, передаёт и принимает информацию.
Ничего страшного в этом нет. Надо лишь понимать, что в «компьютерном контексте» понятие «информация» отождествляется с понятием «данные».
В Толковом словаре В. И. Даля нет слова «информация».
Термин «информация» начал широко употребляться с середины \(XX\) века.
В наибольшей степени понятие информации обязано своим распространением двум научным направлениям: теории связи и кибернетике.
Автор теории связи Клод Шеннон, анализируя технические системы связи — телеграф, телефон, радио — рассматривал их как системы передачи информации.
В таких системах информация передаётся в виде последовательностей сигналов: электрических или электромагнитных.
Развитие теории связи послужило созданию теории информации, решающей проблему измерения информации.
Основатель кибернетики Норберт Винер анализировал разнообразные процессы управления в живых организмах и в технических системах. Процессы управления рассматриваются в кибернетике как информационные процессы.
Информация в системах управления циркулирует в виде сигналов, передаваемых по информационным каналам.
В \(XX\) веке понятие информации повсеместно проникает в науку.
Нейрофизиология (раздел биологии) изучает механизмы нервной деятельности животного и человека. Эта наука строит модель информационных процессов, происходящих в организме.
Поступающая извне информация превращается в сигналы электрохимической природы, которые от органов чувств передаются по нервным волокнам к нейронам (нервным клеткам) мозга.
Мозг передаёт управляющую информацию в виде сигналов той же природы к мышечным тканям, управляя, таким образом, органами движения.
Описанный механизм хорошо согласуется с кибернетической моделью Н. Винера.
В другой биологической науке — генетике используется понятие наследственной информации, заложенной в структуре молекул ДНК, присутствующих в ядрах клеток живых организмов (растений, животных). Генетика доказала, что эта структура является своеобразным кодом, определяющим функционирование всего организма: его рост, развитие, патологии и пр. Через молекулы ДНК происходит передача наследственной информации от поколения к поколению.
Понятие информации относится к числу фундаментальных, т. е. является основополагающим для науки и не объясняется через другие понятия. В этом смысле информация встаёт в один ряд с такими фундаментальными научными понятиями, как вещество, энергия, пространство, время. Осмыслением информации как фундаментального понятия занимается наука философия.
Согласно одной из философских концепций, информация является свойством всего сущего, всех материальных объектов мира. Такая концепция информации называется атрибутивной (информация — атрибут всех материальных объектов). Информация в мире возникла вместе со Вселенной. С такой предельно широкой точки зрения, информация проявляется в воздействии одних объектов на другие, в изменениях, к которым такие воздействия приводят.
Другую философскую концепцию информации называют функциональной. Согласно функциональному подходу, информация появилась лишь с возникновением жизни, так как связана с функционированием сложных самоорганизующихся систем, к которым относятся живые организмы и человеческое общество. Можно ещё сказать так: информация — это атрибут, свойственный только живой природе. Это один из существенных признаков, отделяющих в природе живое от неживого.
Третья философская концепция информации — антропоцентрическая, согласно которой информация существует лишь в человеческом сознании, в человеческом восприятии. Информационная деятельность присуща только человеку, происходит в социальных системах. Создавая информационную технику, человек создает инструменты для своей информационной деятельности.
Делая выбор между различными точками зрения, надо помнить, что всякая научная теория — лишь модель бесконечно сложного мира, поэтому она не может отражать его точно и в полной мере.
Можно сказать, что употребление понятия «информация» в повседневной жизни происходит в антропоцентрическом контексте. Для любого из нас естественно воспринимать информацию как сообщения, которыми обмениваются люди. Например, СМИ — средства массовой информации предназначены для распространения сообщений, новостей среди населения.
Источники:
Семакин И. Г. Информатика и ИКТ. Базовый уровень: учебник для 10-11 классов / И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер. — 8-е изд. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012, стр. 9-12
www.yaklass.ru
хранение, изменение, репарация, передача, реализация генетической информации. — МегаЛекции
Генетический материал — носитель генетической информации любого организма. Генетический материал известных на сегодня организмов — почти исключительно ДНК. Некоторые вирусы используют РНК как свой генетический материал.
Информация о составе и строении всех веществ, в том числе и белков клетки, порядке их образования в ходе развития организма, то есть вся наследственная информация организма, закодирована в молекулах ДНК.
После окончания клеточного деления, хроматин, который содержит ДНК с генетической информацией находится в так называемом конденсированном состоянии, которое предназначено для того, чтобы в наиболее сохранном виде доставить генетическую информацию из родительской клетки в дочерние. В этом состоянии ДНК находится в максимально компактном состоянии и не работает.
Передача генетической информации в любой клетке основана на матричных процессах (репликации, транскрипции, трансляции)
Изменение генетической информации заключается в мутациях( наследуются генеративные мутации)
Генные мутации представляют собой молекулярные, не видимые в световом микроскопе изменения структуры ДНК.
Хромосомные мутации – это структурные изменения отдельных хромосом, как правило, видимые в световом микроскопе.
Геномные мутации — это мутации, которые приводят к добавлению либо утрате одной, нескольких или полного гаплоидного набора хромосом
Репарация — молекулярное восстановление. Механизм репарации основан на наличие в молекуле ДНК двух комплементарных цепей. Искажение последовательности нуклеотидов в одной из них обнаруживается специфическими ферментами. Затем соответствующий участок удаляется и замещается новым, синтезированным на второй комплементарной цепи ДНК.
Реализа́циягенети́ческойинформа́ции — процесс, происходящий внутри каждой живой клетки, во время которого генетическая информация, записанная в ДНК, воплощается в биологически активных веществах — РНК и белках. Переход генетической информации от ДНК к РНК и от РНК к белку является универсальным для всех без исключения клеточных организмов. Представление об этом информационном потоке называется центральной догмой молекулярной биологии.
62Множественные аллели и полигенное наследование на примере человека. Наследование гиперхолестеринемии, муковисцидоза, серповидноклеточной анемии, фенилкетонурии и др.
Множественный аллелизм — это существование в популяции более двух аллелей данного гена. В популяции оказываются не два аллельных гена, а несколько. Возникают в результате разных мутаций одного локуса. Гены множественных аллелей взаимодействуют между собой различным образом. Так, кроме основных доминантного и рецессивного аллельных генов, между ними возникают промежуточные, которые по отношению к доминатному ведут себя как рецессивные, а по отношению к рецессивному — как доминантные гены.
В популяциях как гаплоидных, так и диплоидных организмов обычно существует множество аллелей, для каждого гена. Это следует из сложной структуры гена — замена любого из нуклеотидов или иные мутации приводят к появлению новых аллелей. Видимо, лишь в очень редких случаях любая мутация столь сильно влияет на работу гена, а ген оказывается столь важным, что все его мутации приводят к гибели носителей. Так, для хорошо изученных у человека глобиновых генов известно несколько сотен аллелей, лишь около десятка из них приводит к серьёзным патологиям.
По типу множественных аллелей наследуются группы крови О, А, В и АВ у человека. Несколько упрощая фактическое положение вещей, можно сказать, что четыре группы крови человека определяются антигенами А и В. Если ни одного из них нет, то у человека первая (нулевая) группа крови. Присутствие антигена А дает вторую группу, антигена В — третью, совместное их присутствие обусловливает развитие четвертой группы. Сделано предположение, что нулевая группа зависит от рецессивного гена, обозначаемого через i, над ним доминирует как ген IA, дающий вторую группу, так и ген Iв, дающий третью группу. Гены IA и IB вместе дают четвертую группу крови. Первая группа крови бывает лишь при генотипе ii, вторая — при генотипах IАIА и IAi, третья — при генотипах IВIB и IBi, четвертая — при генотипе IАIВ.
Наряду с отдельными генами, представленными множеством форм, существуют и полигенные признаки, т.е. признаки, контролируемые многими генами, находящимися в разных участках хромосомы, а иногда даже и в разных парах хромосом. У человека среди известных нам примеров этого рода можно назвать такие признаки, как рост, умственные способности, телосложение, а также цвет волос и цвет кожи.
Взаимодействие нескольких неаллельных генов с одинаковым действием называется полимерией, или однозначным действием генов.
Примером полимерии является наследование цвета кожи у человека. Этот признак определяется четырьмя генами, ответственными за выработку пигмента меланина. Чем больше активных генов, запускающих синтез меланина, имеется в клетке, тем темнее ее окраска. Эти гены локализованы в четырех парах разных хромосом. У людей с самой темной окраской кожи (негры) имеется восемь аллелей этих генов (поскольку клетки диплоидны): A1A1A2A2A3A3A4A4 (гены действуют одинаково, поэтому их обозначают одной и той же буквой). У человека с самой светлой кожей нет ни одного активного аллеля: а1а1а2а2а3а3а4а4. Дети таких двух людей получат четыре активных (доминантных) аллеля от одного из родителей и цвет их кожи будет промежуточным. Генотип детей будет: A1a1, а2А2, a3A3, а4A3.
Рекомендуемые страницы:
Воспользуйтесь поиском по сайту:
megalektsii.ru
|
ТОП 10: |
Ген — структурная и функциональная единица наследственности, контролирующая развитие определенного признака или свойства. Совокупность генов родители передают потомкам во время размножения.Большой вклад в изучение гена внесли российские учёные: Симашкевич Е.А.,Гаврилова Ю.А.,Богомазова О.В.(2011 год) В настоящее время, в молекулярной биологии установлено, что гены — это участки ДНК, несущие какую-либо целостную информацию — о строении одной молекулы белка или одной молекулы РНК. Эти и другие функциональные молекулы определяют развитие, рост и функционирование организма. В то же время, каждый ген характеризуется рядом специфических регуляторных последовательностей ДНК, таких как промоторы, которые принимают непосредственное участие в регулировании проявления гена. Регуляторные последовательности могут находиться как в непосредственной близости от открытой рамки считывания, кодирующей белок, или начала последовательности РНК, как в случае с промоторами (так называемые cis-регуляторные элементы, англ. cis-regulatory elements), так и на расстоянии многих миллионов пар оснований (нуклеотидов), как в случае с энхансерами, инсуляторами и супрессорами (иногда классифицируемые как trans-регуляторные элементы, англ. trans-regulatory elements). Таким образом, понятие гена не ограничено только кодирующим участком ДНК, а представляет собой более широкую концепцию, включающую в себя и регуляторные последовательности. Изначально термин ген появился как теоретическая единица передачи дискретной наследственной информации. История биологии помнит споры о том, какие молекулы могут являться носителями наследственной информации. Большинство исследователей считали, что такими носителями могут быть только белки, так как их строение (20 аминокислот) позволяет создать больше вариантов, чем строение ДНК, которое составлено всего из четырёх видов нуклеотидов. Позже было экспериментально доказано, что именно ДНК включает в себя наследственную информацию, что было выражено в виде центральной догмы молекулярной биологии. Гены могут подвергаться мутациям — случайным или целенаправленным изменениям последовательности нуклеотидов в цепи ДНК. Мутации могут приводить к изменению последовательности, а следовательно изменению биологических характеристик белка или РНК, которые, в свою очередь, могут иметь результатом общее или локальное изменённое или анормальное функционирование организма. Такие мутации в ряде случаев являются патогенными, так как их результатом является заболевание, или летальными на эмбриональном уровне. Однако, далеко не все изменения последовательности нуклеотидов приводят к изменению структуры белка (благодаря эффекту вырожденности генетического кода) или к существенному изменению последовательности и не являются патогенными. В частности, геном человека характеризуется однонуклеотидными полиморфизмами и вариациями числа копий (англ. copy number variations), такими как делеции и дупликации, которые составляют около 1 % всей нуклеотидной последовательности человека.[1] Однонуклеотидные полиморфизмы, в частности, определяют различные аллели одного гена. Мономеры, составляющие каждую из цепей ДНК, представляют собой сложные органические соединения, включающие в себя азотистые основания: аденин(А) или тимин(Т) или цитозин(Ц) или гуанин(Г), пятиатомный сахар-пентозу-дезоксирибозу,по имени которой и получила название сама ДНК, а так же остаток фосфорной кислоты.Эти соединения носят название нуклеотидов. Свойства гена
Классификация
Генети́ческий код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов. В ДНК используется четыре нуклеотида — аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т. Эти буквы составляют алфавит генетического кода. В РНК используются те же нуклеотиды, за исключением тимина, который заменён похожим нуклеотидом — урацилом, который обозначается буквой U (У в русскоязычной литературе). В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки и, таким образом, получаются последовательности генетических букв. Генетический код Для построения белков в природе используется 20 различных аминокислот. Каждый белок представляет собой цепочку или несколько цепочек аминокислот в строго определённой последовательности. Эта последовательность определяет строение белка, а следовательно все его биологические свойства. Набор аминокислот также универсален почти для всех живых организмов. Реализация генетической информации в живых клетках (то есть синтез белка, кодируемого геном) осуществляется при помощи двух матричных процессов: транскрипции (то есть синтеза мРНК на матрице ДНК) и трансляции генетического кода в аминокислотную последовательность (синтез полипептидной цепи на мРНК). Для кодирования 20 аминокислот, а также сигнала «стоп», означающего конец белковой последовательности, достаточно трёх последовательных нуклеотидов. Набор из трёх нуклеотидов называется триплетом. Принятые сокращения, соответствующие аминокислотам и кодонам, изображены на рисунке.
Свойства
Биосинтез белка и его этапы Биосинтез белка — сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислотных остатков, происходящий на рибосомах клеток живых организмов с участием молекул мРНК и тРНК.
Биосинтез белка можно разделить на стадии транскрипции, процессинга и трансляции. Во время транскрипции происходит считывание генетической информации, зашифрованной в молекулах ДНК, и запись этой информации в молекулы мРНК. В ходе ряда последовательных стадий процессинга из мРНК удаляются некоторые фрагменты, ненужные в последующих стадиях, и происходит редактирование нуклеотидных последовательностей. После транспортировки кода из ядра к рибосомам происходит собственно синтез белковых молекул, путём присоединения отдельных аминокислотных остатков к растущей полипептидной цепи. Между транскрипцией и трансляцией молекула мРНК претерпевает ряд последовательных изменений, которые обеспечивают созревание функционирующей матрицы для синтеза полипептидной цепочки. К 5΄-концу присоединяется кэп, а к 3΄-концу поли-А хвост, который увеличивает длительность жизни мРНК. С появлением процессинга в эукариотической клетке стало возможно комбинирование экзонов гена для получения большего разнообразия белков, кодируемым единой последовательностью нуклеотидов ДНК, — альтернативный сплайсинг. Трансляция заключается в синтезе полипептидной цепи в соответствии с информацией, закодированной в матричной РНК. Аминокислотная последовательность выстраивается при помощи транспортных РНК (тРНК), которые образуют с аминокислотами комплексы — аминоацил-тРНК. Каждой аминокислоте соответствует своя тРНК, имеющая соответствующий антикодон, «подходящий» к кодону мРНК. Во время трансляции рибосома движется вдоль мРНК, по мере этого наращивается полипептидная цепь. Энергией биосинтез белка обеспечивается за счёт АТФ. Готовая белковая молекула затем отщепляется от рибосомы и транспортируется в нужное место клетки. Для достижения своего активного состояния некоторые белки требуют дополнительной посттрансляционной модификации.
|
infopedia.su
Подходы к понятию информации
С позиции человека информация – это содержание разных сообщений, это самые разнообразные сведения, которые человек получает из окружающего мира через свои органы чувств.
Компьютер – это универсальный программно управляемый автомат для работы с информацией. Компьютер работает с двоичными кодами (1 и 0).
Термин «информация» начал широко употребляться с середины ХХ века. В наибольшей степени понятие информации обязано своим распространением двум научным направлениям: теории связи и кибернетике.
Автор теории связи Клод Шелдон, анализируя технические системы связи (телеграф, телефон, радио) рассматривал их как системы передачи информации. В таких системах информация передается в виде последовательностей сигналов: электрических или электромагнитных.
Основатель кибернетики Норберт Винер анализировал разнообразные процессы управления в живых организмах и в технических системах. Процессы управления рассматриваются в кибернетике как информационные процессы.
Информация в системах управления циркулирует в виде сигналов, передаваемых по информационным каналам.
В ХХ веке понятие информация повсеместно проникает в науку. Нейрофизиология (раздел биологии) изучает механизмы нервной деятельности животного и человека. Эта наука строит модель информационных процессов, происходящих в организме. Поступающая извне информация превращается в сигналы электрохимической природы, которые от органов чувств передаются по нервным волокнам к нейронам (нервным клеткам) мозга. Мозг передает управляющую информацию в виде сигналов той же природы к мышечным тканям, управляя органами движения. Описанный механизм хорошо согласуется с кибернетической моделью Н. Винера.
В другой биологической науке – генетике используется понятие наследственной информации, заложенной в структуре молекул ДНК, присутствующих в ядрах клеток живых организмов (растений, животных, человека). Генетика доказала, что эта структура является своеобразным кодом, определяющим функционирование всего организма: его рост, развитие, патологии и т.д. Через молекулы ДНК происходит передача наследственной информации от поколения к поколению.
Понятие информации относится к числу фундаментальных, т.е. является основополагающим для науки и не объясняется через другие понятия. В этом смысле информация встает в один ряд с такими фундаментальными научными понятиями, как вещество, энергия, пространство, время. Осмыслением информации как фундаментального понятия занимается наука философия.
Согласно одной из философских концепций, информация является свойством всего сущего, всех материальных объектов мира. Такая концепция информации называется атрибутивной (информация – атрибут всех материальных объектов). Информация в мире возникла вместе со Вселенной. С такой широкой точки зрения информация проявляется в воздействии одних объектов на другие.
Другую философскую концепцию информации называют функциональной. Согласно функциональному подходу, информация появилась лишь с возникновением жизни, так как связана с функционированием сложных самоорганизующихся систем, к которым относятся живые организмы и человеческое общество. Можно еще сказать так: информация – это атрибут, свойственный только живой природе. Это один из существенных признаков, отделяющих в природе живое от неживого.
Третья философская концепция информации – антропоцентрическая, согласно которой информация существует лишь в человеческом сознании, в человеческом восприятии. Информационная деятельность присуща только человеку, происходит в социальных системах. Создавая информационную технику, человек создает инструменты для своей информационной деятельности. Можно сказать, что употребление понятия «информация» в повседневной жизни происходит в антропологическом контексте.
Делая выбор между различными точками зрения, надо помнить, что всякая научная теория – это лишь модель бесконечно сложного мира, поэтому она не может отражать его точно и в полной мере.
| Понятие информации | ||
| Теория информации | Результат развития теории связи (К. Шеннон) | Информация – содержание, заложенное в знаковые (сигнальные последовательности) |
| Кибернетика | Исследует информационные процессы в системах управления (Н. Винер) | Информация – содержание сигналов, передаваемых по каналам связи в системах управления |
| Нейрофизиология | Изучает информационные процессы в механизмах нервной деятельности животного и человека | Информация – содержание сигналов электрохимической природы, передающихся по нервным волокнам организма |
| Генетика | Изучает механизмы наследственности, пользуется понятием «наследственная информация» | Информация – содержание генетического кода – структуры молекул ДНК, входящих в состав клетки живого организма |
| Философия | Атрибутивная концепция: Информация – всеобщее свойство (атрибут) материи | |
| Функциональная концепция: Информация и информационные процессы присущи только живой природе, являются ее функцией | ||
| Антропоцентрическая концепция: Информация и информационные процессы присущи только человеку |
Похожие статьи:
poznayka.org
Понятие информации в биологии. — Общее понятие информации
УДК
Т.Р. Нургалиев (ТБ-21)
П.В. Москалец (каф. ИЭ)
ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИИ В БИОЛОГИИ
г. Пенза, Пензенский Государственный Университет Архитектуры и Строительства
ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИИ
Если спросить любого прохожего – «что такое информация?», то первое, что придет человеку в голову это связь с информатикой. Да, информация – это фундаментальное понятие в информатике. Но проблема определения осложнена тем, что это понятие используется и во многих науках, таких как кибернетика, биология, физика и др., и в каждой из них оно связано с разными системами научных знаний.
В биологии, изучающей живую природу, информация заключена в целесообразном взаимодействии с объектами (живыми организмами). После чего, можно сделать какой-либо вывод согласно полученным организмом(и) сведениям о внешней среде или объекте. [1]
Любое взаимодействие между объектами, в процессе которого один приобретает некоторую субстанцию, а другой её не теряет, называется информационным взаимодействием. При этом передаваемая субстанция называется информацией.
Из этого определения следует два свойства информации:
1) Информация не может существовать вне взаимодействия объектов.
2) Информация не теряется ни одним из них в процессе этого взаимодействия.
Здесь основным понятием является информационный процесс. Информация – концентрированное выражение состояния этого процесса на некотором условно завершенном его этапе. Информация появляется во время взаимодействия и исчезает вместе с ним. При этом отрезок времени между передачей и приёмом информации всегда больше нуля и меньше бесконечности.
Как говорил Н. Винера: «Информация – это информация, а не материя или энергия». Это означает, что информация представляет собой всеобщее свойство взаимодействия материального мира, определяющее направленность движения энергии и вещества. Эта всеобщее нематериальное свойство взаимодействия материального мира включает в себя первичную и вторичную информацию.
Первичная информация — направленность движения вещества, при которой возникает не только направленность его движения в пространстве, но и форма (структура, морфология) как результат направленности движения составляющих вещество элементов.
Вторичная информация — отражение первичной информации в поле в виде формы (структуры) пространственных сил, сопровождающих всякое движение вещества. Информация — это организованное по определенным правилам пространственное размещение материи. Организация порядка в пространственном размещении первичной информации в соответствии с информационным содержанием вторичной информации — это и есть смысловое содержание информационного взаимодействия, информационного дуализма. Смысловым критерием в развития природы является создание все новых и новых устойчивых, упорядоченных материальных форм, а инструментом этого созидательного процесса является информационный дуализм. Тем самым перебрасывается мост из неживой в живую материю. Живая природа становится логическим развитием неживой природы через развитие вторичной информации. [2]
Само собой, естественные науки сегодняшнего дня уже не в праве оставлять без внимания те информационные явления на молекулярном и биологическом уровнях, которые не только существуют в живых системах, но и являются главенствующими движущими силами всех жизненных процессов. Только на основе изучения и исследования информационных основ биохимических и молекулярных процессов, и никак иначе, мы можем узреть общую картину информационных отношений живой материи. А виртуальная сущность кодированной информации дает нам возможность проникнуть в неисследованный и таинственный нематериальный мир живого и определить его организующее и созидающее начало. Очевидно, что здесь на первый план выступает генетическая информация, которая обеспечивает не только структурную (вещественно-энергетическую) организацию живых систем, но и выполнение всех их биологических функций. [3]
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ (ДНК)
Согласно общепринятой точке зрения, носителем генетической информации в клетке является дезоксирибонукленовая кислота (ДНК). Это доказано главным образом работами, проведенными на бактериях и вирусах бактерий, и в первую очередь экспериментами по переносу генетического материала (трансформация, инфекция фаговыми частицами и конъюгация бактерий). В опытах по трансформации было показано, что очищенная ДНК из одной популяции бактерий передает генетическую информацию другой популяции. Основанием для переноса этой концепции о Д Н К как носителе генетической информации на высшие организмы служит главным образом тот факт, что количество ДНК, приходящееся на ядро клетки, пропорционально числу хромосом. Хромосомная ДНК весьма стабильна в отношении обмена веществ, т. е. обладает свойством, необходимым для элементов, хранящих генетическую информацию. Однако в настоящий момент наше представление о том, что во всех организмах генетическим материалом служит ДНК, во многом основано на убеждении в универсальности природы в отношении таких явлений, как хранение и передача генетической информации; поэтому все, что мы обнаруживаем на бактериях, мы считаем возможным распространить и на человека.
Каким же образом молекула ДНК хранит генетическую информацию?
Наиболее простая гипотеза по этому поводу возникла в результате исследования химической структуры ДНК. Молекула ДНК представляет собой полимер, состоящий из дезоксирибонуклеотидов, связанных между собой фосфатными мостиками. Эти мостики соединяют остатки дезоксирибозы, содержащиеся в каждом нуклеотиде, и образуют вместе с ними углеводно-фосфатный остов молекулы; боковыми группами в этой
цепи служат пуриновые и пиримидиновые основания. Единственной топографической характеристикой такой ковалентной «первичной» структуры, которая делает молекулу ДНК вероятным кандидатом на роль носителя информации, является последовательность пуриновых и пиримидиновых оснований.
Накопленные к настоящему времени данные определенно подтверждают главные выводы, состоящие в следующем:
1) генетическая информация, которой обладает организм, заключена в последовательности оснований его ДНК;
2) последовательность оснований в ДНК структурных генов определяет последовательность аминокислот в белках;
3) последовательность основании в ДНК генов-регуляторов направляет синтез вещества, действующего регулирующим образом на скорость синтеза белков.
Следует так же подчеркнуть, что большинство данных, на которых базируются эти выводы, получено в работах с микроорганизмами и что мы переносим эти выводы на высшие формы жизни, не располагая для этого, по существу, никакими прямыми данными. [4]
Но, в противовес выше сказанного, существуют данные, которые подкреплены реальными исследованиями по извлечению информации с человека. Такие исследования называются электрографическими. Остановимся на этом по подробнее.
ЧЕЛОВЕК КАК ОБЪЕКТ ЭЛЕКТРОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
В настоящее время существуют многочисленные методы электрографии, прогнозирующие состояние организма человека, при которых устанавливается связь между электрофизиологическими и клинико-анатомическими характеристиками человека, изучается электрическая активность его органов и тканей. К широко используемым в медицинской практике методам относятся электроэнефалография (ЭЭГ) и электрокардиография (ЭКГ). В современной рефлексодиагностике набирает обороты элетроакупунктура (ЭАП), объединяющая методики измерения электропроводимости биологически активных точек тела человека.
Метод ГРВ исследует стимулированную реакцию организма. На участки тела подают некоторый потенциал и следят за измерением амплитуды тока за счет реакции организма. Эти реакции являются в основном нервно-сосудистыми, носящими общий и локальный характер. При изучении психофизиологического состояния человека методом ГРВ непосредственному обследованию наиболее часто подвергаются пальцы рук или ног. При этом газовый разряд развивается на границе контакта поверхности диэлектрика с подушечкой соответствующего пальца (аналог стержневого тест-объекта), т.е. информация о состоянии человека в этой ситуации передается непосредственно через кожу пальцев конечностей. Оценивая кожные покровы пальцев рук или ног человека с точки зрения «объекта» исследования для метода ГРВ, можно выделить основные информативные характеристики кожи, влияющие на параметры разряда, приведенные в таблице ниже.
| Функция | Параметр (биологический) | Параметр (физиологический) |
| Структура поверхности кожи | Складки, бороздки, морщины, валики | Неоднородность поверхности и внутренних слоев |
| Десквамация (опоржение роговых чешуек) | Роговые чешуйки | Частицы на поверхности исследуемого объекта |
| Водно-солевой обмен | А) влажность Б) соли, метаболиты, лекарства | А) наличие влаги Б) неоднородность по химическому составу |
| Пото- и салоотделение | Электропроводность | Электропроводность |
| Сенсорная система (рецепторы) | Электропроводность | Электропроводность |
| Биологически активные точки (БАТ) | Электропроводность | Электропроводность |
| Газообмен | Углекислый газ | Неоднородность газовыделения |
Таким образом, для оценки влияния кожи как органа на параметры ГРВ следует оценить роль следующих факторов:
структурных неоднородностей поверхности и объема;
поверхностной и объемной электропроводимости;
влажности и степени загрязнения поверхности;
газовый состав среды над поверхностью;
собственное газовыделение объекта.
ОСОБЕННОСТИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА ПРИ АНАЛИЗЕ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ СИГНАЛОВ
В процессе ГРВ исследуемый объект включается в цепь протекания импульсного или высокочастотного электрического тока. Замыкание тока происходит либо путем наложения электродов на поверхность объекта, либо через емкостную связь объекта с земляным полюсом генератора напряжения. В любом случае параметры протекающего тока определяются комплексным сопротивлением объекта.
При контакте человека или животного с источником напряжения в виде коротких импульсов или синусоидального частотой более сотен килогерц электрический ток протекает по наружной поверхности кожного покрова, не оказывая влияния на состояние внутренних органов и систем. Поэтому эти виды напряжений оказываются безопасными для жизнедеятельности.
Состояние биологического объекта характеризуется функциональным уровнем, в котором определяющую роль с точки зрения процесса ГРВ играют физиологические процессы и медико-биологические показатели. Изменение этих уровней сказывается на ГРВ параметрах в основном за счет вариации следующих процессов:
Вариации этих процессов активно проявляются на наружном покрове биологического объекта, т.е. коже, в частности, за счет рефлексогенных зон и БАТ. Для постановки диагноза необходимо введение гипотез о связи вычисленных параметров со свойствами биологического объекта, которые формируются на основании массива экспериментальных данных с учетом общепризнанных представлений.
Таким образом можно сделать следующий вывод, в биологии понятие «информация» применяется при исследованиях механизмов наследственности, так как известно, что генетическая информация способна передаваться по наследству и храниться в каждой клетке живого организма. К тому же информация в биологии может извлекаться путем электрографических исследований, объектом которых является человек.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
http://www.syl.ru/article/172943/new_vidyi-informatsii-v-informatike-ponyatie-i-vidyi-informatsii
http://profbeckman.narod.ru/InformLekc.files/Inf20.pdf
Ю.Я. Калашников. «Молекулярная информатика – новый уровень познания живой материи».
В. С. Гурфинкеля. «КОНЦЕПЦИЯ ИНФОРМАЦИИ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ», (Перевод с английского под редакцией и с предисловием д-ра мед. Наук), 327 стр., издательство «МИР», Москва, 1966.
topuch.ru
Что такое генетика и какие существуют типы?
Все природные данные о человеке хранятся в отдельном сейфе – генофонде, который содержит всю информацию о количестве и составе генов, присущих тому или другому виду.
Кодирование информации в генетике
Любой вид животных, насекомых, рыб и растений имеет неповторимый хромосомный набор. Например:
• окунь имеет – 14 пар;
• комар – всего 3 пары;
• курица – 39 пар;
• человек – всего 23 пары.
Только половые хромосомы способны внести в генофонд человечества какие-то изменения.
Хромосома является цепочкой генов, причем располагаются гены в хаотичном порядке. Объяснить это научно пока не получилось. Известно, что генофонд человека – это порядка 28000 генов.
Какая информация заключена в каждом гене? Человеческие хромосомы содержат в себе такие показатели, как рост, расположенность к определенным болезням, предпочтения в пище и др. Любая индивидуальная особенность может проявиться через длительное время, возможно, в следующих поколениях. Некоторые ученые приписывают наследственность даже некоторым характеристикам отдельной личности, например, темпераменту. Хотя доказать это с научной точки практически невозможно.
В современном мире остро стоит вопрос сбережения генофонда. В странах с высоким уровнем жизни намечается тенденция к рождению детей в зрелом возрасте, а это чревато определенными проблемами, ведь с возрастом гены меняются, как говорят ученые – «ломаются». Рождение ребенка у родителей с измененными от возраста генами чревато проявлением различных нарушений на генном уровне. Такой ребенок может иметь врожденные болезни, такие как синдром Дауна.
Основные понятия генетики
К основным понятиям генетики в этой области науки относятся: генофонд, генотип и геном.
Винклер, описывая присущую одному виду совокупность генов, придумал понятие «геном». Было это в 20 годах XX века. То есть все гены каждого человека, как отдельного вида, можно назвать – «геном». Современная наука под этим словом понимает общий набор хромосом и элементов вне набора хромосом, которые находятся в отдельной клетке и несут генетическую информацию.
Генотип – более узкий термин. Он обозначает все гены, присущие одному конкретному человеку. Причем участки некодирующие ДНК в него не входят.
Понятие «генофонд» предложил в 1928 г А.С. Серебряковский. Все гены одной популяции это и есть генофонд. Для человечества в целом – это все гены Homo Sapiens.
Генофонд человечества – это гены всех рас, наций всего населения планеты. Естественный отбор человечества основан на различных генетических и наследственных патологиях.
Генофонд меняется со временем
Многие ученые с уверенностью заявляют, что сейчас происходит изменение генофонда. Связано это с тем, что человечество значительно меняет состояние окружающей среды, а это приводит к росту уровня заболеваний и снижению качества жизни.
Формировался генофонд очень долгое время, путем длительного процесса эволюции. В результате эволюции, популяции приспосабливались к определенным условиям среды проживания, вырабатывались необходимые гены. Именно так жители той же Африки получили свой цвет кожи и устойчивость к ультрафиолету.
Изменение генофонда, как отрицательный процесс не стоит рассматривать. Довольно часто индивидуальные дефекты человека с легкостью компенсируются навыками, выработанными в течение всей жизни. Не следует исправлять генофонд, природа сама сделает необходимые поправки со временем.
Хорошие показатели прироста населения в мире не являются показателем благополучия генофонда. Современный человек теряет природные качества, например, появляется все больше женщин не способных рожать. Возможно, в будущем науке удастся побороть многие генетические заболевания, а пока именно сохранение генофонда является приоритетной задачей для всех ученых мира.
wmedik.ru
