Podstawy_biologii_2017x.pdf, Schematy z Biologia

Pobierz Podstawy_biologii_2017x.pdf i więcej Schematy w PDF z Biologia tylko na Docsity!

Dzisiejszy wykład jest jedynym, w ramach kursu „Podstawy biologii”, który zajmuje się zjawiskiem życia na poziomie ponadorganizmalnym. Postaram się wyjaśnić, że jest to dla współczesnej biologii podejście fundamentalne.

Ale zanim przystąpimy do tematu, trzeba wyjaśnić jeszcze jedna sprawę. Mianowicie to, ze Uniwersytet Jagielloński jest uniwersytetem, z nie jedną ze szkół zawodowych. A uniwersytet to taka instytucja, gdzie zbierają się ludzie w wieku od 18 do 80 lat po to, żeby się dowiadywać, poznawać fakty i rozumieć zjawiska (poznawać związki przyczynowo-skutkowe, co daje również umiejętność przewidywania). Dowiadujemy się na różne sposoby: czytając książki, chodząc na wykłady i seminaria, zaglądając (umiejętnie!) do internetu, rozmawiając ze sobą (wszyscy, studenci i profesorowie) – wtedy dowiadujemy się o czymś, co ktoś inny wiedział wcześniej. Ale na uniwersytecie również staramy się dowiedzieć tego, czego nikt inny do tej pory nie wiedział – po to prowadzimy badania naukowe (wszyscy, pracownicy naukowi, studenci i doktoranci). Umiejętność dowiadywania się to najważniejsza rzecz, jakiej trzeba się nauczyć na studiach uniwersyteckich.

Dzisiaj wykładam temat „Życie biosfery” – aby słuchacze czegoś się ode mnie dowiedzieli. Ale ja tez się chcę czegoś dowiedzieć.

Chciałbym wiedzieć, jaką wiedzę na temat tego, o czym będzie dziś mowa, słuchacze wynieśli z dotychczasowej nauki. To ważne, aby odpowiednio przygotowywać wykłady. Postaram się zestawić wyniki tej ankiety i udostępnić je na stronie internetowej kursu, obok tego wykładu.

Odpowiedź wydaje się oczywista: biologia to nauka o życiu. Ale ta oczywistość wymaga, abyśmy dobrze rozumieli pojęcia „nauka” i „życie”, a to – wbrew pozorom - już nie jest prosta sprawa.

Termin „nauka” w języku polskim ma bardzo szerokie i nieostre znaczenie. Do tej kategorii zaliczamy różne rodzaje działalności poznawczej, albo kreacyjnej twórczości, które ze sobą mają niewiele wspólnego, na przykład nauką możemy nazwać i matematykę i politologię, a nawet uczenie się nazywamy nauką („nauka jazdy”). Aby wyodrębnić tę działalność poznawczą, do której należy biologia, trzeba dodać „nauki przyrodnicze” – co w polskiej tradycji językowej też może być mylące, bo w potocznym rozumieniu „przyroda” – to przyroda ożywiona, ale do tej kategorii należą również inne dziedziny: fizyka, chemia, geologia, itd., Po angielsku wystarczy jedno słowo – science. Domenę tych nauk trzeba umieć rozpoznać, ponieważ ta działalność poznawcza, dzięki rygorom metody, komunikowania i krytyki, odznacza się bezkonkurencyjnie wysoką wiarygodnością.

A co to jest „Życie”? Czy mamy jakąś klarowną i jednoznaczną definicję?

Tu tez jest kłopot, nie tylko po polsku. Zjawisko życia, żywe obiekty, trudno jednym zdaniem jednoznacznie zdefiniować. Na ogół radzimy sobie tworząc „definicję” przez wymienienie (enumerację) charakterystycznych atrybutów wszystkich znanych układów żywych: ich jednolitą strukturę, zdolność do przetwarzania energii i materii, do replikacji i ewolucji droga doboru naturalnego. Te dwie ostatnie cechy zawierają bardzo ważny atrybut zjawiska życia: nie dotyczy ono pojedynczych obiektów, ale ich zbiorów. Rozmnażanie – to powielania osobników. Dobór naturalny to wynik interakcji pomiędzy licznymi osobnikami. Nie potrafimy sobie w ogóle wyobrazić pojedynczego obiektu, który mógłby zachować wszystkie atrybuty żywego układu.

Zatem – zbudowanie żywego organizmu wymaga odpowiednich substratów, z reduktorem (donorem elektronów) i dostarczenia energii. Wykonywanie jakichkolwiek funkcji przez żyjący organizm wymaga nakładu energii (jak to wynika z praw termodynamiki), a wszystkie żywe organizmy dysponują tylko jednym sposobem uwalniania energii: w procesach utleniania zredukowanych substratów (reakcje redoks). Nasza cywilizacja w przeważającym zakresie korzysta z przemian cieplnych (od maszyny parowej po elektrownię jądrową), ale żywe układy tego nie potrafią. Muszą mieć do dyspozycji substraty, zapewniające odpowiednio wysoki potencjał redoks: donory i akceptory elektronów.

Oto przykład najprostszej reakcji redoks, gdzie pokazano substraty będące donorem i akceptorem elektronów.

Metabolizm tlenowy jest bardzo rozpowszechniony, ale są tez inne możliwości – na przykład wykorzystanie azotanu jako akceptora elektronów (oddychanie beztlenowe, jak u wielu bakterii).

Produkowanie nowej biomasy wymaga substratu zawierającego węgiel (np. węgiel utleniony w molekule CO 2 ) do którego redukcji potrzebna jest energia (na przykład kwanty światła słonecznego) i donor elektronów – którym może być np. siarkowodór (są bakterie, które prowadzą w ten sposób fotosyntezę beztlenową, jest wiele różnych szlaków metabolicznych działających na podobnej zasadzie, również z wykorzystaniem energii chemicznej – tez pochodzącej z reakcji redoks

• tzw. chemosynteza; nie ma tu czasu na rozwijanie tego wątku).