Elu olemus (0)

Seadused bioloogias : [34. teoreetilise bioloogia kevadkooli ettekannete kokkuvõtted] toimetajad A. Vanatoa ja I. Puura Tartu : Eesti Looduseuurijate Selts, 2008 107 lk.
ELU SEADUSED
Elu olemus
BIOLOOGIA on elu teadus. Oma metodoloogiliselt olemuselt füüsika-keemia ja sotsiaalteaduste vahel.
Elu on kompleksne ja organiseeritud. Elule on omane kodeeritud teabe kasutamine (ßà elutud kristallid “kasutavad” kasvamiseks vahetut füüsilakistes struktuurides peituvat teavet). Erinevate ühikute koostoimes silutakse võimalikud keskkonna hävitavad kõikumised, mis hävitaksid üksikud seostumata elemendid (DNA- valgud ; aktiivsed-passiivsed geenid ).
Elu teave on kodeeritud molekulidest moodustatud struktuuridesse – geenidesse. Geenid on elu mälu. Geenide teabe kujunemine on väga ajamahukas protsess, seetõttu on muutunud välisele reageerimine vaid geenimuutustega väga vaevaline. Seetõttu on geenipõhisele alusele kujunenud kiiremini reageerivad mälu vormid – individuaalne mälu (tingitud refleks) ja edasantav, meemipõhine mälu. Meemipõhine mälu on väga plastiline võrreldes geenipõhisega – selle toime energiamahukus on väga väike ja omaaeg lühike. Geeni- ja meemimälu on mõlemad kodeeritud, vaid koodi kandjad on erinevad, seetõttu on nende aluspõhimõtted väga sarnased. Inimesel on kujunenud täiendavalt kehaväline meemimälu – kiri, arvuti kõvaketas. Meemimälu uurimisega inimesel tegelevad sotsiaalteadused.
Kompekssuse tõttu on elu kirjeldamisel võimalik kasutada parallelselt ja põimuvalt erinevaid klassifikatsioone (nt. organisme võib klassifitseerida biosüstemaatikast või ökonišist lähtuvalt).
Elu põhineb elusorganismidel. Väljaspool organisme esinevad elu nähtused vaid ajutiselt ja passiivselt.
ELUSORGANISMIDE peamised tunnused:

Paljunemine: õnnetused

Arenemine: ammendumine

Aine- ja energiavahetus. Organismid on avatud süsteemid – seotud enda keskkonnaga. Reageerivad välisele.

Rakuline ehitus.

Homeostaas – sisekeskkonna säilumine
ELU omadused veel:

Pidev, aga poolkonservatiivne: DNA Watson , Crick 1953.

Iga organiseerumise tase lisab oma võimalused ( rakk pole “organellide kott ”). Tervikut pole võimalik seletada ainult lihtsa elementide seletamiste summana – tervikul lisanduvad uued funktsioonid.

Struktuur ja ülesanded on seotud kõigil tasemetel . (Nt. looma, seene ja taime ehituse suurimad erinevused on määratud nende esmaste funktsioonidega)

Evolutsioon on elu püsimise tuum Darwin 1859 (piiratud ressursid !). Geenivariatsioonid, pärilikkus , põlvkondade vaheldumine , looduslik valik.

Elu omab üldiseid seaduspärasusi, kuid neil on reeglipäraselt erandid. Erand annavad väga suure osa elu mitmekesisusest. (komplekssus!)
Elu seadused erinevatel elu tasanditel organismi sees
Elu keemia seadused: aatomid

Elu jaoks on kõlbulikud vaid osa keemilisi elemente. Neile sarnased, sama rühma elule mittevajalikud elemendid on enamasti väga mürgised.

Keskne keemiline element elusorganismides on süsinik. Enamus eluks vajalikke molekule sisaldab veel O, H, N, harvem S.

Erinevatel elusorganismidel võib olla teisejärguliste elementide osas veidi erinev valim .
Elu keemia seadused: molekulid

Elu põhistruktuuri loovad kindlad süsinikupõhised orgaanilised ühendid. Piisab vaid kahe aatomi asukoha vahetamisest, et püsivate ikka samade keemiliste omadustega molekul muutuks elu jaoks kõlbmatuks (ühendite stereoisomeerid). Polümeersetel molekulidel võib molekulis esineda ka väikest varieeruvust, elu kahjustamata (valgud, DNA)

Molekulid võivad olla organismis erineva ülesandega:

elu aluse – teabe – kandjad (DNA,RNA, hormoonid, ka valgud)

ainevahetuse läbiviijad ( ensüümid )

ainevahetuse toore (lihtsad molekulid, varuained , jääkained )

struktuuri loojad (valgud, polüsahhariidid, lipiidid , aga täioendavalt ka teised orgaanilised ained ja mitmed mineraalained )

varuained

kaitseained (struktuuri loojad välistena, aga ka sisemised: antikehad , mürgid )

liikumise teostajad (valgud: nt lihastes, rakusisesed transportvalgud )

retseptorid –keskkonnaga suhtlejad (välis-, sise-)

signaali liikumise võimaldajad (närvide membraanide ained)

Molekulide omadused sõltuvad (sise)keskkonnast – homeostaas! Muutused keskkonnas võivad kergesti muuta eluks vajalike molekulide struktuuri ja omadusi (valkude aktiveerumine või denaturatsioon)
Vähim elu ühik: rakk

Rakk on elu põhiühik. Lihtsaim on bakterirakk. Päristuumne rakk (taim, loom, seen ) on evolutsioonis tekkinud mitme bakteri tüüpi raku koostööst

Alati on rakus elu kodeeritud teabe pidevuse kandjaid – geene (v.a. mõned spetsialiseerunud rakud hulkrakseil), mingeid kaitsestruktuure (raku membraan , raku kest) ja keemiliste protsesside läbiviijaid.

Suure energeetilise väärtusega protsessid toimuvad rakus membraanidel. Need on seotud elektriga ja membraanid loovad elektronide suunatud liikumiseks vajaliku isolatsiooni.
Hulkraksus

Hulkraksus võimaldab rakkudel üheskoos ennast paremini kaitsta allaneelamise eest (taimed: vetikad , autotroofsed bakterid ). Suur olla on turvalisem.

Hulkraksus võimaldab rakkude ülesannete eristumist – spetsialiseerumist – see omakorda tõsta orgamismi elamise kasutegurit (loomad, taimed, veidi ka seened ja sinivetikad).
Elu toimimise, püsimise ja muutmise seadused
Elu energeetika

Vajalik korra loomiseks: vigade parandamine, korra laiendamine (=julgeolekuvaru)

Kaks allikat:

keemiline energia:

heterotroofia (orgaaniline): aeroobne ja anaaeroobne

kemosüntees (anorgaaniline)

kiirgusenergia : fotosüntees . Sel erinevad molekulid, mida kiirgusenergiaga lagundatakse: H2O, H2S, orgaanika

Lihtsam on lammutamine : sh. ürgsemad on kõige sarnasemate molekulide lammutamised

„Loovam tegevus“ – autotroofia – nõuab suuremat pühendumist just sellele, nendel jääb kraaklemine teiste energiaallikate pärast nõrgaks. Toimub talupoeglik „mandumine“ – põlluharija põline rikas, aga mitte väga rikas.

Hapniku tarvitamine on hilisem kui fotosüntees; on „ tagurpidi fotosüntees“.
Geneetika
Elu kui kodeeritud teabe süsteem vajab:

Teabe säilitamist

Keskkonna ammenduimise tõttu teabe täiendamist

• Elu on poolkonservatiivne süsteem (sh. avatud süsteem)
  

Püsimine ja muutumine peavad olema tasakaalus. Mutatsioonide määr.
Elu teave on kodeeritud geenidesse. Geenid on koondatud-organiseeritud kromosoomidesse. Kromosoomide sisestruktuur sisaldab peale otsese geeniteabe veel palju geene organiseerivat teavet – allühikuid ja tõlgendusühikuid.
Elu teabe paremaks hoidmiseks on see jaotatud kahte tasemesse – „arhiiviteave“ DNA ja „töökoopiad“ RNA. Hulkraksetel loomadel eristub täiendav raku tasemel turvamise tase: idutee. Sugurakkude eellased eristuvad turvatuna organismi arengu algetappidel, ülejäänud keharakud on geneetilise teabe rakendamise „töökeskkond“.
Pärilikkuse seadused
Põhinevad lihtsal matemaatilisel kombineerimisel teabe hoidmise struktuuridega (2 kromosoomi / 1 kromosoom vaheldumine, meioos ja mitoos , alleelid , dominantsuse variandid). Kirjelduse selgemaks muutmiseks lähtuvalt homosügootsetest vanematest .

Mendeli seadused
1. Esimese põlvkonna omadused
2. Teise põlvkonna omadused ühe geeni põhjal
3. Teise põlvkonna omadused mitme geeni põhjal ahelduseta

Morgani seadus (meioos: krossingover)
Mutatsioonid

• Juhuslikud
  
• Enamasti kahjulikud või neutraalsed
  
• Eelneva tõttu: optimaalne määr
  
  • Geenidel ette määratud püsima jäävate mutatsioonide sageduste erinev määr
    

Evolutsioon

Materjal: mutatsioonid

Mehhanism : looduslik valik: statistiline

Tulemus: kohastumine

• Võimalus: eelnev olek – sh. Keskkond
  
• Kohastumiste ja neutraalsete mutatsioonide kuhjumine liikide teke
  
• Suured muutused: makroevolutsioon
  
• Evolutsiooniline progress: kas uute energiaallikate kasutuselevõtt või seniste kasutamise kasuteguri suurendamine
  
• Progress enamasti „nurga taga“: predaptatsioonid.
  

Organismide koostoime seadused
Ökoloogia
Iga organism vajab kindlat keskkonda (omab konkreetseid kohastumisi)
Sarnased, sama liigi organismid on edukamad koos, populatsioonina ( teabevahetus geeni ja hiljem ka meemi tasemel)

• Populatsiooni suurus ja dünaamika
  

Liikide (populatsioonide) vastastikune sõltuvus kooslustes:

• positiivne ja negatiivne
  
  • tugev negatiivne mõju suunab alternatiive otsima , mitte „otse võitlema mõju vastu“
    
• tagasiside
  
• konkurents on negatiivne, viib variandid süsteemist välja; vajalik potensiaalsena
  
• koostöö on edasiviivam, aga liigne sõltuvus sageli halvav (väljasuremine)
  
  • tugevalt seostatud süsteemides on hävitav kümnendiku suurune häiring: nt. vihmametsades põhjustab ~10% liikide kadu isevõimenduva edasise liikide väljasuremise, kuni säiluvad vaid vähesed laia amplituudiga eelkõige avakoosluste liigid
    

Toiduahel – energia ülekanne organismilt organismile eri liikide vahel.