3. Уровни организации живой материи и ее свойства
Выделяют несколько уровней организации живой материи:
Молекулярный – на этом уровне обеспечиваются все важнейшие процессы жизнедеятельности организма (обмен веществ, сохранение энергии и т.п.);
Клеточный – клетка является структурной и функциональной единицей всего живого;
Тканевой – совокупность сходных по строению клеток, которые объединены общими функциями;
Органный. Органы – это структурно-функциональное объединение нескольких видов тканей.
Организменный имеет два уровня: одноклеточный и многоклеточный, представляющий собой целостную систему органов, специализирующихся на выполнении различных функций.
Популяция – совокупность организмов одного вида, объединенная общим местом обитания.
Биогеоценоз – совокупность организмов разных видов и различной сложности со всеми факторами среды обитания; взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов.
Биосфера – система высшего порядка, охватывает все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходят превращение веществ, круговорот веществ и превращение энергии.
Свойства живой материи:
Единство химического состава. В состав живого организма входят те же элементы, что и в состав неживой природы, однако соотношение их разное. В живом организме 97% химического состава приходится на углерод, водород, кислород, азот, фосфор, серу. В неживой природе широкое распространение имеют кремний, железо, магний, натрий.
Обмен веществ (метаболизм). В неживой природе также существует обмен веществами, однако они просто переносятся с одного места на другое или меняется их агрегатное состояние (например, смыв почвы, превращение воды в пар или лед).
Размножение – способность к самовоспроизведению.
Наследственность – способность передавать свои признаки, особенности развития из поколения в поколение. Она обусловлена ДНК.
Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки. Она создает разнообразный материал для естественного отбора. Связана с наследственностью.
Рост и развитие.
Раздражимость – активная реакция организма на внешнее воздействие.
Ритмичность – повторение одного и того же состояния через определенные промежутки времени. Обусловлено различными космическими или планетарными системами.
Относительная энергозависимость. Живые организмы существуют только до тех пор, пока в них поступает энергия в виде пищи; прямо или косвенно они используют энергию Солнца.
Гомеостаз – саморегуляция, самоподдержание организма; способность сохранять стационарное состояние и выживать в условиях непрерывно меняющейся среды.
Противостояние энтропийным процесса (негэнтропийность)..
4. Клеточная теория. Единство органического мира
Представление о структурных уровнях организации живой материи сформировалось под влиянием клеточной теории строения живых тел. Клетка - это единица живого, мельчайшая система, которая обладает всеми свойствами живого и является носителем генетической информации.
В 1839 г. Т. Шванн и М.Я. Шлейден создали клеточную теорию. Ее основные положения:
· Клетки – основные элементы жизни, мельчайшие единицы, которые можно еще считать живыми.
· Все организмы состоят из одной или многих клеток, сходных по строению. Это является свидетельством единства происхождения и развития всего живого.
Современная клеточная теория дополняет эти положения следующими:
· Жизнь обеспечивается только клеткой.
· Новые клетки могут возникать из предсуществующих путем их деления.
· Целостность и системная организация многоклеточных организмов обеспечивается взаимодействием клеток.
Исследования в области цитологии показали, что клетки имеют общие свойства и в строении, и в функциях. Они реализуют обмен веществ, саморегуляцию своего состояния, передают наследственную информацию. Клетки существуют и как отдельные организмы (одноклеточные), и в составе многоклеточных организмов. Они имеют разный срок существования. Жизненный цикл клетки оканчивается делением или гибелью. Размеры клеток также очень разнообразны. Клетки образуют ткани, несколько типов тканей образуют органы. Однако в природе встречаются организмы, не имеющие клеточной структуры. Это вирусы.
Клетки делятся на два типа: безъядерные и ядерные. Безъядерные клетки называются прокариоты (бактерии, сине-зеленые водоросли) и исторически являются предшественниками вполне развитых, имеющих ядро клеток, появившихся около 3 млрд. лет тому назад, - эукариотов. Прокариоты имеют в своем составе нити молекул нуклеиновых кислот, которые выполняют функцию управления. Только расположены они в цитоплазме, а не в ядре. Безъядерные клетки выполняют все функции, свойственные типичным клеткам. У эукариотов нити управления внутриклеточным обменом находятся в ядре клетки, в очень длинных цепях молекул нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), исходной структурной единицей которых является ген. Это природное кибернетическое устройство, которое содержит инструкцию, информацию, коды, определяющие характер деятельности клетки по обмену веществ и самовоспроизводству. Гены обеспечивают важнейшие функции жизнедеятельности и клетки, и организма в целом.
Важнейшими свойствами клетки, обеспечивающими ее главные функции, являются метаболизм (обмен веществ) и гомеостаз (сохранение стабильности условий внутренней среды клетки).
Поток информации в клетке обеспечивается нуклеиновыми кислотами. Существует два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. ДНК входит в состав ядра, в состав хромосом. Хромосомы – материальная основа наследственности, представляющая собой ряд линейно сцепленных генов. Каждый ген отвечает за какой-то элементарный признак, поэтому наследственность дискретна. Поток веществ и информации в клетке нуждается, а энергии; процессы, обеспечивающие энергетические потребности клетки составляют поток энергии. Поток энергии в клетке регулируется законами биоэнергетики В. Скулачёва. В качестве источников клеточной энергии используются простые сахара (глюкоза), процессы дыхания (образуются углекислый газ и вода) и брожения (образуются спирт или молочная кислота). Большую роль в биоэнергетике клетки играют фотосинтез и хемосинтез.
Основные понятия темы:
Витализм – объяснение специфики жизни наличием в организмах особой «жизненной силы».
Редукционизм – сведение процессов жизнедеятельности к совокупности определенных химических реакций.
Композиционизм – признание межорганизменных связей основной причиной функционирования явлений жизни.
Функционализм – такой подход к определению живого, согласно которому природа и структура живого могут различаться, сходство же будет проявляться только в функциях.
Голобиоз – методологический подход к объяснению происхождения жизни, признающий первичность структур типа клеточной, способных к элементарному обмену веществ при участии ферментов и из которых появляются нуклеиновые кислоты, кодирующие генетическую информацию.
Генобиоз – методологический подход к объяснению происхождения жизни, признающий первичность молекулярной системы («макромолекулы») со свойствами генетического кода.
Жизнь – высшая из природных форм движения материи, для которой характерны самообновление, саморегуляция, самовоспроизведение разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения.
Гомеостаз – самоподдержание организма, способность сохранять стабильное состояние в любых ситуациях.
Клетка – единица живого, мельчайшая система, обладающая всеми свойствами живого и являющаяся носителем генетической информации.
Вирусы – организмы, не имеющие клеточной структуры.
Прокариоты – безъядерные клетки.
Эукариоты – клетки, имеющие ядра.
Ген – элементарная единица наследственности.
Хромосомы – материальная основа наследственности, представляющая собой ряд линейно сцепленных генов.
Тема 14. Генетика и эволюция
1. Концепции эволюционизма в биологии
Современные представления о характере и законах функционирования живых организмов были бы невозможны без эволюционного подхода к анализу природы.
Эволюция – это процесс исторического развития органического мира. Сущность этого процесса состоит в непрерывном приспособлении к разнообразным и постоянно меняющимся условиям окружающей среды, в возрастающем со временем усложнении организации живых существ. В ходе эволюции осуществляется преобразование одних видов в другие.
Главное в эволюционной теории – идея исторического развития от сравнительно простых форм жизни к более высокоорганизованным.
Формированию исторических взглядов на живую природу способствовали работы К. Линнея «Система природы», «Философия ботаники». Ученый изучил более 10 тысяч видов растений и 4200 видов животных. Разработанная им систематика была очень простой и удобной и получила высокую оценку ученых. Недостаток ее состоял в ее искусственности. Она позволяла распознавать растения, но не раскрывала их природу. Кроме того, К. Линней ошибочно считал количество видов неизменным (сколько их создал Бог).
Развитие ботаники и зоологии привело к возникновению идей эволюционного развития природы и отказу от представлений о неизменности видов.
Ж. Бюффон (Франция), Э. Дарвин (Англия), И. Гете (Германия) и другие натуралисты и мыслители высказывали научные догадки об эволюционном возникновении и развитии жизни на Земле. Однако они не были подкреплены фактами.