Специфика организации живого

Биологические системы

 

Жизнь на Земле представлена ядерными и доядерными, одно- и многоклеточными существами. Все клеточные подразделяются на 4 царства:

А) безъядерные (бактерии, цианеи – сине-зеленые водоросли);

Б) растения;

В) грибы;

Г) животные.

Бактерии и синезеленые водоросли относят к протокариотам (от греч. protos — первый), так как их клетки не имеют оформленного ядра, а ДНК находится прямо в цитоплазме и не окружена мембраной. Зеленые растения, грибы, слизевики и животные относятся к группе эукариот. Они имеют ядро, т.е. их генетический матери­ал окружен двойной мембраной и образует определенную клеточ­ную структуру. Первые эукариоты, по-видимому, произошли от протокариот около 3 млрд лет назад, или в конце докембрийского периода.

Диаметр клетки бактерий около 10 ~⁶ м, поэтому их часто на­зывают микробами. Они освоили самые разные среды обитания и широкий диапазон температур. Численность бактерий даже в очень небольшом объеме вещества очень высокая, например, в 1 г пар­ного молока их более 3000 млн. Бактерии, как и грибы, разруша­ют органическое вещество и участвуют в круговороте веществ, играя особую роль в биосфере. Они важны для плодородия почв и в очистных сооружениях, участвуют в процессе пищеварения, применяются в производстве антибиотиков, используются с раз­личными целями в биотехнологии и генной инженерии.

Живая клетка — это элементарная организованная часть жи­вой материи и сложная высокоупорядоченная система. Опытным путем установлено, что в ней непрерывно совершаются синтез крупных молекул из мелких и простых — анаболические (от грея. anabole — подъем) реакции, на которые затрачивается энергия, и их распад — катаболические (от греч. katabole — сбрасывание вниз) реакции. Совокупность этих реакций в клетке и есть процесс ме­таболизма.

Безъядерные относятся к самым древним формам жизни на Земле. Промежуточное место между живым и неживым занимают вирусы. Как и все живое, они состоят из белковых молекул и нуклеиновых кислот, но они не имеют собственного обмена веществ. Они его приобретают тогда, когда попадают в клетку живого организма.

Современная молекулярная биология показала, что существует только два основных класса молекул, взаимодействие которых определяет то, что мы называем жизнью. Это нуклеиновые кислоты и белки. Живой организм – это множественная система химических процессов. В ходе их происходит постоянное разрушение молекулярных органических структур и их воспроизводство. Основа воспроизводства – синтез белков. Он происходит в клетках организма при помощи нуклеиновых кислот – ДНК и РНК.

Белки – это сложные макромолекулы, структурными элементами которых являются аминокислоты. Из 100 известных в органической химии аминокислот в образовании белков все организмов используются только 20. Почему именно 20 и почему именно эти 20 аминокислот, современная наука не знает.

Нуклеиновые кислоты обладают более простой структурой. Это длинные полимерные цепи, звеньями которых выступают нуклеотиды – соединения азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кислоты. В ДНК основаниями служат аденин, гуанин, цитозин и тимин. В РНК тимин заменен урацилом, а сахар дезоксирибоза в ДНК – рибозой в РНК. Аденин всегда соединен с тимином, а гуанин – с цитозином.

Все живое – это целостная система. Всем живым системам свойственны такие основные черты:

Самовоспроизведение (репродукция) может произво­диться многократно, а генетическая информация о нем закоди­рована в молекулах ДНК. На молекулярном уровне самовоспро­изведение происходит на основе матричного синтеза ДНК, про­граммирующей синтез белков, которые определяют специфику организма, на других уровнях — огромным разнообразием форм и механизмов, вплоть до образования клеток. Именно разнооб­разие поддерживает существование видов, определяет специфику жизни.

Иерархичность организации отражает возможности системного подхода к пониманию строения и жизнедеятельности. Клетки как единицы организации специфически организованы в ткани, ткани — в органы, органы — в системы органов. Организ­мы сорганизованы в популяции, популяции — в биоценозы, а биоценозы — в биогеоценозы, являющиеся элементарными еди­ницами биосферы.

На молекулярном уровне упорядоченность структу­ры приводит к образованию молекулярных и надмолекулярных структур, отличающихся упорядоченностью в пространстве и во времени. В отличие от объектов неживой природы упорядочен­ность живого происходит за счет внешней среды, в которой уро­вень упорядоченности снижается. И процессы, ведущие к упоря­доченности живого, идут с локальным уменьшением энтропии. Живые системы в развитии способны к самоорганизации, упоря­дочиванию структур, росту разнообразия.

Регуляция процессов осуществляется в химических ре­акциях при помощи механизма обратной связи. В регуляции ак­тивности клеток принимают участие гормоны, обеспечивающие химическую регуляцию. Внутри клеток реакции синтеза и распада идут с участием ферментов, синтезируемых внутри самих клеток.

Рост организмов происходит путем увеличения их массы за счет размеров и числа клеток. Развитие представлено индивидуаль­ным (онтогенезом) и историческим (филогенезом) развитием, и оди­наково важны наследственность и изменчивость. Развитие, сопут­ствующее росту, проявляется в усложнении структуры и функций. В онтогенезе формируются признаки в процессе взаимодействия генотипа и среды. В филогенезе появляется большое разнообразие организмов и целесообразность. Эти процессы регулируются и под­вержены генетическому контролю. В отличие от объектов неживой Природы — кристаллов, которые растут, присоединяя новое веще­ство к поверхности, живые организмы растут за счет питания из­нутри, причем живая протоплазма образуется при ассимиляции Питательных веществ. Выживание вида или его бессмертие обеспе­чивается сохранением признаков родителей у потомства, возник­шего путем размножения. Передаваемая следующему поколению Информация закодирована в молекулах ДНК и РНК.

Гомеостаз (от греч. homoios — подобный, одинаковый + stasis — неподвижность, состояние) заключается в том, что живые организмы, обитающие в непрерывно меняющихся вненшних условиях, поддерживают постоянство своего химического состава и интенсивность течения всех физиологических процессов с помощью авторегуляционных механизмов, при этом сохраняется необходимая ритмичность в периодических изменениях интенсивности.

Обмен веществ и энергии обеспечивает гомеостаз и является условием поддержания жизни организма. Первоначально из внешней среды получается энергия в форме солнечного света затем химическая энергия преобразуется в клетках для синтеза её структурных компонент, осмотической работы по обеспечению транспорта веществ через мембрану и механической работы по передвижению организма и сокращению мышц.

Питание является источником энергии и веществ, необхо­димых для жизнедеятельности. Растения усваивают солнечную энер­гию и самостоятельно создают питательные вещества в процессе фотосинтеза. У грибов, животных (и человека), некоторых расте­ний и большинства бактерий — гетеротрофное (от греч. heteros — другой + trophe — пища) питание: они расщепляют с помощью ферментов органические вещества и усваивают продукты расщеп­ления. Выделение — это выведение из организма конечных про­дуктов обмена с окружающей средой. Общее свойство открытых систем — обмен энергией и веществом с внешней средой — име­ет свои особенности.

С помощью дыхания высвобождается энергия высокоэнер­гетических соединений, которая запасается в молекулах АТФ, об­наруженных во всех живых клетках. Дыхание относится к процес­сам метаболизма (от греч. metabole — перемена, превращение), или обмена веществ и энергии.

Раздражимость — избирательная реакция живых существ на изменения внешней и внутренней среды, обеспечивающая ста­бильность жизнедеятельности. Так, расширение кровеносных со­судов кожи млекопитающих при повышении температуры среды ведет к рассеиванию теплоты в окружающее пространство и вос­становлению оптимальной температуры тела. Раздражителями могут быть пища, механические воздействия, свет, звук, температура окружающей среды, яды, электрический ток, радиоактивность..-

Подвижность, или способность к движению, свойственна и животным, и растениям, хотя скорости их суще­ственно различаются. Многие одноклеточные могут двигаться с помощью особых органоидов. У многоклеточных к движению спо­собны как клетки, так и органоиды в них. В животных организмах движение осуществляется путем сокращения мышц.

Дискретность и целостность — два фундаментальных свойства организации жизни на Земле. Нуклеиновые кислоты и белки — целостные соединения, но в то же время дискретны, так как состоят из нуклеотидов и аминокислот. Репликация ДНК — целостный непрерывный процесс, но она дискретна во времени и пространстве, так как в ней участвуют различные ферменты и генетические структуры. Живые объекты в природе относительно обособлены (особи, популяции, виды). Любая особь состоит из клеток, а клетка и одноклеточные существа — из отдельных органелл. Органеллы состоят из дискретных, высокомолекулярных, органических веществ, которые, в свою очередь, состоят из дис­кретных атомов, а те — из элементарных частиц. Все эти части и структуры находятся в сложных взаимодействиях, и целостность живой системы отличается от целостности неживой тем, что она поддерживается в процессе развития. И среди живых систем нет двух одинаковых особей, популяций и видов. Жизнь на Земле про­является в дискретных формах, причем все формы и части обра­зуют структурно-функциональное единство.

Выделяют следующие основные уровни живого: молекулярно-генетический, онтогенетический, популяционно-видовой, биогеоценотический.