Жизнь, ее основные формы (2 часа)

Тема 2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ

1. Свойства живого.

2. Уровни организации живого.

3. Иерархия живого в биосфере.

1. Свойства живого

Принято выделять три основных закономерности, характеризующих жизнь: самообновление, самовоспроизводство, саморегуляция. В основе самообновления лежат потоки вещества и энергии; в основе самовоспроизводства - преемственность сменяющих друг друга генераций биосистем; саморегуляция базируется на потоках вещества, энергии и информации.

Приведенные закономерности определяют основные свойства живого: самовоспроизведение (репродукция), специфичность организации, упорядоченность структуры, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой.

Кратко определим суть каждого свойства:

Самовоспроизведение (репродукция). Это свойство является важнейшим среди всех остальных. Исключительной особенностью является то, что самовоспроизведение тех или иных организмов повторяется в неисчислимых количествах генераций, причем генетическая информация о самовоспроизведении закодирована в молекулах ДНК. На молекулярном уровне самовоспроизведение происходит на основе матричного синтеза ДНК, которая программирует синтез белков, определяющих специфику организмов. Важнейшее значение самовоспроизведения заключается в том, что оно поддерживает существование видов, определяет специфику биологической формы движения материи.

Единство химического состава. В живых организмах 98% химического состава приходится на четыре элемента—C, O2, N2, H2. Эти элементы участвуют в образовании сложных органических молекул живых организмов: нуклеиновые кислоты, белки, жиры, углеводы

Структурная организации. Она характерна для любых организмов, в результате чего они имеют определенную форму и размеры. Единицей организации (структуры и функции) является клетка. В свою очередь клетки специфически организованы в ткани, последние – в органы, а органы – в системы органов. Организмы специфически организованы в популяции, а популяции организованы в биоценозы. Последние вместе с абиотическими факторами формируют биогеоценозы (экологические системы), являющиеся элементарными единицами биосферы.

Упорядоченность структуры. Для живого характерна не только сложность химических соединений, из которого оно построено, но и упорядоченность их на молекулярном уровне, приводящая к образованию молекулярных и надмолекулярных структур. Живые системы способны создавать порядок из хаотичного движения молекул, образуя определенные структуры. Для живого характерна упорядоченность в пространстве и времени.

Внутренняя регуляция. Процессы, протекающие в клетках, подвержены регуляции. На молекулярном уровне регуляторные механизмы существуют в виде обратных химических реакций, основу которых составляют реакции с участием ферментов, обеспечивающие замкнутость процессов регуляции по схеме синтез-распад-ресинтез. Синтез белков, включая ферменты, регулируется с помощью механизмов репрессии (подавление синтеза ферментов), индукции (взаимодействие процессов возбуждения и торможения) и позитивного контроля. Напротив, регуляция активности самих ферментов происходит по принципу обратной связи, заключающейся в ингибировании конечным продуктом. В регуляции активности клеток принимают участие гормоны, обеспечивающие химическую регуляцию.

Любое повреждение молекул ДНК, вызванное физическими или химическими факторами воздействия, может быть восстановлено с помощью одного или нескольких ферментативных механизмов, что представляет собой саморегуляцию. Она обеспечивается за счет действия контролирующих генов и в свою очередь обеспечивает стабильность генетического материала и закодированной в нем генетической информации.

Целостность (непрерывность) и дискретность (прерывность). Жизнь целостна и в тоже время дискретна как в плане структуры, так и функции. Любой организм представляет собой целостную систему, но состоит из дискретных единиц – клеток, тканей, органов. Органический мир также целостен, поскольку существование одних организмов зависит от других, но в тоже время он дискретен, состоя из отдельных организмов.

Рост и развитие. Рост организмов происходит путем прироста массы организма за счет увеличения размеров и числа клеток. Он сопровождается развитием, проявляющимся в дифференцировке клеток, усложнении структуры и функций. В результате развития возникают новые свойства, изменяются состав, структура живых организмов и неживой природы. Индивидуальное развитие живых организмов называется онтогенезом, а историческое их развитие — филогенезом. На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов. В процессе онтогенеза формируются признаки в результате взаимодействия генотипа и среды. Филогенетическое развитие живых организмов — это необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и усложнением жизни. Процессы роста и развития подвержены генетическому контролю и нейрогуморальной регуляции.

Обмен веществ и энергии - для биосистем является общеобязательным условием их существования. Благодаря этому свойству обеспечивается постоянство внутренней среды организмов и связь организмов с окружающей средой, что является условием для поддержания жизни организмов. Живые клетки получают (поглощают) энергию из внешней среды в форме энергии света. В дальнейшем химическая энергия преобразуется в клетках для выполнения многих работ (синтез, транспорт, осмос и т.д.). Такие особенности у неживых систем отсутствуют.

Обмен веществ и энергии в клетках ведет к восстановлению (замене) разрушенных структур, к росту и развитию организмов.

Наследственность и изменчивость. Наследственность обеспечивает материальную преемственность между родителями и потомством, между поколениями организмов, что в свою очередь обеспечивает непрерывность и устойчивость жизни. Основу материальной преемственности в поколениях и непрерывности жизни составляет передача от родителей к потомству генов, в ДНК которых зашифрована генетическая информация о структуре и свойствах белков. Характерной особенностью генетической информации является ее чрезвычайная стабильность.

Изменчивость- свойство, противоположное наследственности, связанно с появлением у организмов признаков, отличных от исходных определяется изменениями в генетических структурах. Без изменчивости эволюция органического мира была бы невозможна, новые признаки захватываются и закрепляются естественным отбором, так появляются новые формы, новые виды.

Раздражимость. Реакция живого на внешние раздражения является проявлением отражения, характерного для живой материи. Факторы, вызывающие реакцию организма или его органа, называют раздражителями. Ими являются: свет, температура среды, звук, электрический ток, механические воздействия, пищевые вещества, газы, яды и др.

У организмов, лишенных нервной системы (простейшие и растения), раздражимость проявляется в виде тропизмов (движения, вызванные односторонним воздействием какого-либо фактора внешней среды (свет, силы земного притяжения и др.), таксисов (двигательные реакции в ответ на односторонне действующий стимул, свойственные свободно передвигающимся организмам, некоторым клеткам и органоидам) и настий (неростовые движения дорзовентральных органов растения в ответ на ненаправленное действие факторов среды (температура, свет), например открытие и закрытие цветков).

У организмов, имеющих нервную систему, раздражимость проявляется в виде рефлекторной деятельности. У животных восприятие внешнего мира осуществляется через первую сигнальную систему, тогда как у человека в процессе исторического развития сформировалась еще и вторая сигнальная система (речь - специальный тип высшей нервной деятельности человека, система «сигналов сигнал», идущих от общей с животными первой сигнальной системы — ощущений, представлений, относящихся к окружающему миру).

Благодаря раздражимости организмы уравновешиваются со средой, избирательно реагируя на факторы окружающей среды, организмы «уточняют» свои отношения с ней, в результате чего возникает единство среды и организма.

Движение. Способностью к движению обладают все живые существа. Многие одноклеточные организмы двигаются с помощью особых органоидов. К движению способны и клетки многоклеточных организмов (лейкоциты, блуждающие соединительные клетки и др.), а также некоторые клеточные органеллы. Совершенство двигательной реакции достигается в мышечном движении многоклеточных животных организмов, которое заключается в сокращении мышц.

Специфичность взаимоотношений со средой. Организмы живут в условиях определенной среды, которая для них служит источником свободной энергии и строительного материала. В рамках термодинамических понятий каждая живая система (организм) представляет собой «открытую» систему, позволяющую взаимно обмениваться энергией и веществом в среде, в которой существуют другие организмы и действуют абиотические факторы. Следовательно, организмы взаимодействуют не только между собой, но и со средой, из которой они получают все необходимое для жизни. Между организмами и средой, между живой и неживой природой существует единство, заключающееся в том, что организмы зависят от среды, а среда изменяется в результате жизнедеятельности организмов.

Обобщая сведения о свойствах живого, можно заключить, что живые системы представляют собой открытые изотермические системы, которые способны к самосборке, внутренней регуляции и к самовоспроизведению. В этих системах осуществляется множество реакций синтеза и распада, катализируемых ферментами, синтезируемыми внутри самих клеток.

Свойства, перечисленные выше, присущи только живому. Между свойствами, характеризующими живое, существует диалектическое единство, проявляющееся во времени и пространстве на протяжении всего органического мира, на всех уровнях организации живого.