Дискретность в биологии¶

Дискретность — свойство биологических систем, при котором их элементы, процессы и уровни организации существуют как отдельные, не связанные между собой непрерывными переходами единицы. В отличие от непрерывных (континуальных) величин, дискретные величины принимают только определённые, изолированные значения. Дискретность проявляется на всех уровнях биологической организации — от молекулярного до популяционно-видового — и является одной из фундаментальных характеристик живого.

¶Дискретность на молекулярном уровне

¶Генетический код

Наиболее очевидным проявлением дискретности является генетический код. Информация в ДНК закодирована последовательностью нуклеотидов, каждый из которых представляет собой дискретную единицу из четырёх вариантов (аденин, тимин, гуанин, цитозин). Три последовательных нуклеотида образуют кодон, определяющий одну аминокислоту. Всего существует 64 кодона, из которых 61 кодирует аминокислоты, а три служат стоп-сигналами. Каждый кодон соответствует строго определённой аминокислоте, что делает генетический код дискретной системой.

¶Белки и ферменты

Аминокислотный состав белков также дискретен: белок состоит из конечного числа аминокислот, соединённых пептидными связями. Структура белка определяется последовательностью аминокислот, а не непрерывным изменением состава. Ферменты, катализирующие биохимические реакции, обладают дискретной специфичностью — каждый фермент работает с определённым субстратом, что связано с дискретностью активного центра.

¶Дискретность на клеточном уровне

¶Клетка как дискретная единица

Клетка является фундаментальной дискретной единицей живого. Все живые организмы состоят из клеток, которые существуют как отдельные, ограниченные мембраной структуры. Клеточная теория, сформулированная в XIX веке М. Шлейденом и Т. Шванном, утверждает, что все живые организмы состоят из клеток, а клетка — минимальная единица жизни. Каждая клетка имеет определённые границы, структуру и функции, что делает её дискретным элементом.

¶Хромосомы и геном

Хромосомы представляют собой дискретные структуры, содержащие ДНК. Каждый вид характеризуется определённым числом хромосом (кариотипом). Например, у человека — 46 хромосом, у дрозофилы — 8, у кукурузы — 20. Геном — совокупность генов организма — также дискретен: гены представляют собой отдельные участки ДНК с определёнными функциями.

¶Дискретность на организменном и популяционном уровне

¶Морфологические признаки

Многие морфологические признаки организмов дискретны: наличие или отсутствие определённой структуры, число элементов (например, число лепестков у цветка, число пальцев у млекопитающих). Эти признаки наследуются дискретно, что было показано Г. Менделем в его опытах с горохом.

¶Популяция как дискретная единица

Популяция — совокупность особей одного вида, обитающих на определённой территории и свободно скрещивающихся — является дискретной единицей эволюции. Популяция имеет определённые границы, численность и генетическую структуру.

¶Дискретность и эволюция

¶Мутации

Мутации — дискретные изменения в последовательности ДНК. Каждая мутация представляет собой определённое изменение: замена одного нуклеотида на другой, вставка или удаление участка ДНК. Мутации возникают случайно и не направлены на пользу организма.

¶Макроэволюция

Дискретность проявляется и в макроэволюции: виды представляют собой дискретные единицы, а переходы между видами (видообразование) происходят дискретно, а не непрерывно. Пунктуационная модель, предложенная Н. Элдриджем и С. Гулдом, утверждает, что эволюция происходит дискретными скачками, а не плавными переходами.

¶Дискретность и непрерывность в биологии

В биологии сосуществуют дискретные и непрерывные процессы. Например, рост организма — процесс непрерывный, но его этапы (эмбриональное развитие, постэмбриональный рост, старение) дискретны. Метаболизм — непрерывный процесс, но отдельные биохимические реакции дискретны. Такое сочетание дискретности и непрерывности характерно для всех уровней биологической организации.

¶Значение понятия

Понятие дискретности в биологии имеет важное методологическое значение. Оно позволяет описывать биологические явления с помощью дискретных величин (генов, клеток, видов), что упрощает их изучение и математическое моделирование. Дискретность лежит в основе генетики, эволюционной биологии и систематики.

¶Источники

• Атлас по общей биологии. — М.: Просвещение.
• Вёрсилов В. М. Биология. — М.: Высшая школа.
• Голичев А. Н. Биология. — М.: Академия.
• Мендель Г. Опыты о гибридных растениях (1866).
• Шванн Т. Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений (1839).