Імовірність в біології

Реферат

Виконавець: студентка 422гр. Наталя

Інститут економіки та фінансів Тюменської Державної Сільськогосподарської Академії

Тюмень, 2003

Явища випадкового порядку, якими з першого погляду окремо представляються мутації, що йдуть у різних напрямках, в кінцевому підсумку виявляють закономірний процес.

М. І. Вавілов.

В процесі передачі з покоління в покоління генетичні програми в результаті багатьох причин змінюються випадково і не визначений, і лише випадково ці зміни виявляються пристосованими.

Б. М. Медников.

Велике безліч подій і явищ відбувається в навколишньому світі. Події взаємопов'язані - Одні з них є наслідком (результатом) інших і, у свою чергу, служать причиною третій. Вдивляючись у гігантський вир взаємопов'язаних явищ, можна зробити два важливих виводу. По-перше, поряд із цілком визначеними, однозначними результатами зустрічаються неоднозначні наслідки. Якщо перший можна передбачити точно, то другий допускають лише ймовірні прогнози. Інший не менш важливий висновок полягає в тому, що неоднозначні результати зустрічаються значно частіше, ніж однозначні. Ви натискаєте кнопку, і стоїть на вашому столі лампа загоряється. Тут друга подія (загорілася лампа) є однозначним результатом першої події (натиснута кнопка). Таку подію називають строго детермінованим. Інший приклад: ви підкидає кубик, на різних гранях якого зображені різні числа очок, і кубик падає так, що зверху виявляється грань з чотирма очками. У даному випадку друга подія (випала четвірка) вже не є однозначним результатом першої події (підкинутий кубик). Адже могли випасти одиниця, двійка, трійка, п'ятірка, шістка. Випадання тієї чи іншої кількості очок є приклад випадкової події.

З випадковими подіями (і взагалі з випадковостями різного роду) ми зустрічаємося дуже часто, значно частіше, ніж це зазвичай прийнято вважати. Випадковий набір виграли номерів в тиражі спортлото. Результат зустрічі двох спортивних команд одного і того ж класу. Кількість сонячних днів в цiй місцевості змінюється від року до року випадковим чином. Сукупність випадкових чинників лежить в основі будь-якого процесу масового обслуговування - телефонної зв'язку, торгівлі, транспортних послуг, медичної допомоги і т.д.

В масштабі макросвіту прикладом може служити еволюція, безперервно радяться в рослинний і тваринний світ. В основі еволюції лежать мутації - випадкові зміни в структурі генів. Випадково виникла мутація здатна швидко підсилитися в процесі розмноження клітин організму. Суттєво, що одночасно з мутаціями (випадковими змінами генетичних програм) відбувається процес відбору організмів. Відбір здійснюється за ступенем пристосованості до умов зовнішнього середовища. Таким чином, еволюція грунтується на відборі випадкових змін генетичних програм.

Розглянемо приклад. У деяких орхідей квіти нагадують самок джмелів. Запилюються вони самцями джмелів, які приймають квіти за самок. Припустимо, що виникла мутація, що змінила форму або забарвлення квітки. Такий квітка залишиться не запилення. У результаті мутація не перейде в нове покоління. Цікаво, що, коли один з видів орхідей став самоопилітелем, квіти цього виду швидко придбали за рахунок мутацій різноманітну форму і забарвлення.

Еволюція йде шляхом відбору більш пристосованих організмів. А на цьому шляху іноді краща більш високий ступінь організації, а іноді - навпаки. Недарма ж у сучасному світі існує одночасно і людина, і медуза, і вірус грипу. Суттєво, що еволюція призводить до появи принципово непередбачуваних нових видів. Можна стверджувати, що будь-який вид унікальний, бо він принципово випадковий.

Тут випадковість виглядає як фундаментальний фактор. Говорячи про фундаментальності випадкового в картині еволюції, відзначимо ще одна важлива обставина. Розуміння фундаментальної ролі випадкового дозволяє відкинути релігійну ідею про надприродне «творця». Служителі церкви, відповідаючи на питання, як виникли рослини, тварини, людина, що вказують на Бога. Освічена ж людина повинна розуміти, що замість неіснуючого Бога в ролі «творця» виступає випадок і відбір.

Пізнаючи навколишній світ, людина боровся, бореться і завжди буде боротися з нею. У той же час необхідно розуміти, що поряд з суб'єктивного випадковістю, обумовленої недоліком відомостей про ті чи інші явища, існує об'єктивна випадковість, що лежить в самій основі явищ. Необхідно також брати до уваги позитивну, творчу роль випадкового. І в цьому зв'язку дійсно треба йти назустріч випадковості. Людина повинна вміти, коли це доцільно, спеціально створювати ситуації, насичені випадками, і використовувати такі ситуації у своїх цілях.

З фундаментальності випадкового зовсім не випливає висновок про беспорядоченності і хаотичності навколишнього свiту. Випадковість зовсім не означає, що причинно-наслідкові зв'язки відсутні. У реальному світі ці зв'язки є ймовірносними. Лише в окремих випадках (зокрема, при вирішенні задач з шкільних задачників) ми маємо справу з однозначними, суворо детермінованими зв'язками. Тут ми підійшли до одного з найважливіших понять сучасної науки -- поняття ймовірності.

Важливо підкреслити, що імовірнісні (статистичні) причинно-наслідкові зв'язки, приводять до однозначних прогнозам, є всього лише приватний випадок. Якщо однозначні предсказания припускають наявність в розглянутому явище тільки необхідності, то імовірнісні предсказания пов'язані одночасно і з необхідністю, і з випадковістю. Так, мутації випадкові, але процес відбору закономірний або, інакше кажучи, необхідний.

Інтродукція.

Жан Батіст Ламарк (1744 - 1829). У 1809 році вийшла у світ «Філософія зоології» французького ученого Жана Батиста Ламарка. У цій праці було здійснено спробу створення теорії еволюції видів. Спроба виявилася невдалою. Створюючи свою теорію, Ламарк виходив із двох хибних уявлень. По-перше, він вважав, що під всіх живих істот закладено внутрішнє прагнення до вдосконалення. У цьому він вбачав рушійну силу еволюції. Зрозуміло, ніякої таємничої внутрішньої сили, яка змушує всі види еволюціонувати у напрямку прогресу, не існує. Та й звідки б вона могла взятися? Хіба лише завдяки втручанню «Творця». Ясно, що подібна точка зору призводить до кінцевому підсумку до віри в Бога.

По-друге, Ламарк вважав, що зовнішнє середовище безпосередньо впливає на зміну форми тих чи інших органів живих істот. Колись існували жирафи з короткою шиєю. З якихось причин змінилися умови їх проживання. Продукти харчування виявилася високо над поверхнею (листя високих дерев). Щоб дістатися до їжі, жирафам доводилося весь час тягнути до верху шиї. Це відбувалося через покоління в покоління. У результаті тривалих вправ шия жирафа витягнулася.

В Як доказ Ламарк приводив громадський факт перетворення фізично слабких людей в атлетів в результаті регулярних занять спортом. Він сформував наступний закон: «У кожної тварини, не завершив ще свого розвитку, більш часте і тривале вживання якого-небудь органу закріплює цей орган, розвиває його, збільшує і надає йому силу, пропорційну тривалості вживання, тоді як постійне відсутність вживання будь-якого органу поступово його послаблює, призводить до занепаду, безперервно зменшує його здібності і, нарешті, змушує його зникнути ». Ламарк глибоко помилявся. Відомо, що нетреновані м'язи, так само як і придбані навички, у спадщину не передаються. Використовуючи сучасну термінологію, ми можемо сказати, що Ламарк не розумів розходження між фенотипом і генотипом. Генотип - це свого роду спадкова конституція організму, сукупність спадкових зачатків, яку організм отримав від батьків. Фенотип -- сукупність зовнішніх і внутрішніх ознак розглянутого організму; сюди входять всі спостерігаються ознаки - анатомічні, фізіологічні, психічні та інші. Фенотип змінюється на протязі життя організму в результаті взаємодії між генотипом і навколишнім середовищем. Регулярними заняттями гімнастикою, наполегливої навчанням, правильною організацією праці та відпочинку кожен з нас може поліпшити свій фенотип. Все це однак не впливає на генотип.

Чарльз Дарвін (1809-1882). Правильна еволюційна теорія була створена великим англійським ученим Чарльзом Дарвіном. Ця теорія одержала свою назву дарвінізму. Вона була викладена в книзі «Походження видів шляхом природного відбору », що вийшла в 1859 році.

Вчення Дарвіна спирається на три фактори: мінливість, спадковість, природний відбір. Зовнішня Середа, впливаючи на організм, може призводити, зокрема, до випадковим змін генотипу. Ці зміни передаються в спадщину і поступово накопичуються в потомство. Характер змін різний. Деякі випадково виявляються більш сприятливими з точки зору пристосування організмів до умов зовнішнього середовища, інші менш сприятливими, треті взагалі шкідливими. При накопиченні серед нащадків тих чи інших випадкових змін починає виявлятися дію природного відбору. Організми, що виявилися менш пристосованими, дають менше потомство, передчасно гинуть; в кінцевому рахунку їх витісняють більш пристосовані.

Описуючи сутність вчення Дарвіна, ми спеціально підкреслили важливу роль випадковостей. Тут йде ідея відбору інформації з шуму.

Розглядаючи еволюцію видів, Ламарк визнавав, по суті справи, лише голу необхідність. Змінилися умови зовнішнього середовища - і організм за рахунок вправи - неупражненія відповідних органів необхідним чином видозмінюється. Така "еволюція" з необхідністю йде тільки в напрямку ускладнення організації організмів, як б в кожному виді дійсно було викладено внутрішнє прагнення до прогресу.

Дарвін ж розглядав еволюцію з позиції діалектичної єдності необхідного і випадкового. Байдужа природа викликає в організмах випадкові спадкові зміни, після чого через природний відбір безжально відсікає тих, хто випадково виявився менш пристосованим, і залишає тих, хто випадково опинився достатньо пристосованим до умов зовнішнього середовища. У результаті з необхідністю відбувається процес еволюційного розвитку видів. Розвиток йде шляхом відбору більш пристосованих, при цьому природі байдуже, чи будуть ці організми більш складно або, навпаки, менш складно організовані. Можливості пристосування в тих чи інших умов можуть бути вельми різноманітні. У результаті і виникає що спостерігається нами різноманіття видів тварин і рослин. Як відомо, на Землі зараз є близько 1,5 мільйонів видів тварин і близько 0,5 мільйона видів рослин.

Вчення Дарвіна отримало загальне визнання. Однак у ньому є одне «велике місце», на яке вказав Дарвіном в 1867 році викладач з Единбурга Флемінг Джекінс. Він зауважив, що в дарвінівської теорії немає ясності в питанні про те, як здійснюється накопичення серед нащадків тих чи інших змін. Адже спочатку зміни ознаки відбуваються лише у деяких особин. Ці особи схрещуються з нормальними особинами. В результаті, стверджував Джекінс, повинно спостерігатися не накопичення зміненого ознаки серед нащадків, а, навпаки, його розведення, поступове стирання - аж до зникнення (у першому поколінні потомства залишається