Качественные особенности живой материи. Принципы организации во времени и пространстве. Уровни организации живого

№ 1 Качественные особенности живой материи. Принципы организации во времени и пространстве. Уровни организации живого.

Качественные особенности  живой материи.

По современным представлениям живые земные тела – это открытые саморегулирующиеся системы, способные  к самовоспроизведению и построенные  из биополимеров. Такие тела обладают способностью к авторегуляции, относительным постоянством химического состава и представляют собой открытые системы, т.е. системы, которые находятся в состоянии динамического равновесия с внешней средой.

К основным свойствам живых  организмов следует отнести единство химического состава. В состав живых  организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой  природы, но соотношение элементов  разное. В живых организмах 98% химического  состава приходится на углерод, кислород, азот и водород.

Уровни организации живой  материи.

Под уровнем организации  живой материи понимают то функциональное место, которое данная биологическая  структура занимает в общей системе  организации мира.

Обычно выделяют следующие  уровни организации живой материи: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогенетический  и биосферный.

Биосфера – это самая  крупная экологическая система  Земли. Для этого уровня организации  живой материи характерен большой  круг биотического обмена веществ. В  процессе эволюции в биосфере происходила  смена одних групп организмов другими, но соотношения продуцентов, консументов и редуцентов оставалось практически одинаковым.

Существенное влияние  на биосферный уровень организации  живой материи оказывает антропогенный  фактор. В процессе жизнедеятельности  человека накапливаются ксенобиотики, т.е. чужеродные для организмов химические вещества, не входящие в естественный биотический круговорот (например, пестициды, минеральные удобрения, препараты бытовой химии, химические лекарственные средства, радиоактивные  вещества и т.д.). Попадая в среду  обитания живых организмов, ксенобиотики могут вызвать гибель организмов, изменить наследственность, снизить  иммунитет, нарушить обмен веществ. Эти влияния в конечном счете сказываются и на биосферном уровне организации живой материи.

2 Определение понятия жизни……Довольно трудно дать полное и однозначное определение понятию жизни, учитывая огромное разнообразие ее проявлений. В большинстве определений понятия жизни, которые давались многими учеными и мыслителями на протяжении веков, учитывались ведущие качества, отличающие живое от неживого. Например, Аристотель говорил, что жизнь — это «питание, рост и одряхление» организма; А. Л. Лавуазье определял жизнь как «химическую функцию»; Г. Р. Тревиранус считал, что жизнь есть «стойкое единообразие процессов при различии внешних влияний». Понятно, что такие определения не могли удовлетворить ученых, так как не отражали (и не могли отражать) всех свойств живой материи. Кроме того, наблюдения свидетельствуют, что свойства живого не исключительны и уникальны, как это казалось раньше, они по отдельности обнаруживаются и среди неживых объектов. А. И. Опарин определял жизнь как «особую, очень сложную форму движения материи». Это определение отражает качественное своеобразие жизни, которое нельзя свести к простым химическим или физическим закономерностям. Однако и в этом случае определение носит общий характер и не раскрывает конкретного своеобразия этого движения.

Ф. Энгельс в «Диалектике  природы» писал: «Жизнь есть способ существования  белковых тел, существенным моментом которого является обмен веществом и энергией с окружающей средой».

Для практического применения полезны те определения, в которых  заложены основные свойства, в обязательном порядке присущие всем живым формам. Вот одно из них: жизнь — это макромолекулярная открытая система, которой свойственны иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, самосохранению и саморегуляции, обмен веществ, тонко регулируемый поток энергии. Согласно данному определению жизнь представляет собой ядро упорядоченности, распространяющееся в менее упорядоченной Вселенной.

Жизнь существует в форме  открытых систем. Это означает, что  любая живая форма не замкнута только на себе, но постоянно обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией. 

Самовоспроизведение (репродукция)Жизнь существует в виде дискретных биологических систем (клеток, организмов и т.д.) и существование каждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени. Поэтому поддержание жизни на любом уровне организации связано с репродукцией.способность к размножению (воспроизведению себе подобных, самовоспроизведению) относится к одному из фундаментальных свойств живых организмов. Размножение необходимо для того, чтобы обеспечить непрерывность существования видов, т.к. продолжительность жизни отдельного организма ограничена. Размножение с избытком компенсирует потери, обусловленные естественным отмиранием особей, и таким образом поддерживает сохранение вида в ряду поколений особей. В процессе эволюции живых организмов происходила эволюция способов размножения. Поэтому у ныне существующих многочисленных и разнообразных видов живых организмов мы обнаруживаем разные формы размножения. Многие виды организмов сочетают несколько способов размножения. Необходимо выделить два, принципиально отличающихся типа размножения организмов - бесполое (первичный и более древний тип размножения) и половое.В процессе бесполого размножения новая особь образуется из одной или группы клеток (у многоклеточных) материнского организма. При всех формах бесполого размножения потомки обладают генотипом (совокупность генов) идентичным материнскому. Следовательно, все потомство одного материнского организма оказывается генетически однородным и дочерние особи обладают одинаковым комплексом признаков.При половом размножении новая особь развивается из зиготы, образующейся путем слияния двух специализированных половых клеток (процесс оплодотворения), продуцируемых двумя родительскими организмами. Ядро в зиготе содержит гибридный набор хромосом, образующийся в результате объединения наборов хромосом слившихся ядер гамет. В ядре зиготы, таким образом, создается новая комбинация наследственных задатков (генов), привнесенных в равной мере обоими родителями. А развивающийся из зиготы дочерний организм будет обладать новым сочетанием признаков. Иными словами, при половом размножении происходит осуществление комбинативной формы наследственной изменчивости организмов, обеспечивающий приспособление видов к меняющимся условиям среды и представляющей собой существенный фактор эволюции. В этом заключается значительное преимущество полового размножения по сравнению с бесполым.

Саморегуляция в биологии — свойство биологических систем автоматически устанавливать и поддерживать на определенном, относительно постоянном уровне те или иные физиологические и другие биологические показатели.

Организм представляет собой сложную систему, способную  к саморегуляции.Саморегуляция позволяет организму эффективно приспосабливаться к изменениям окружающей среды. Способность к саморегуляции в сильной степени выражена у высших позвоночных, особенно у млекопитающих. Достигается это благодаря мощному развитию нервной, кровеносной, иммунной, эндокринной, пищеварительной систем.

Изменение условий  с неизбежностью влечет за собой  перестройку их работы. Например, нехватка кислорода в воздухе приводит к интенсификации работы кровеносной  системы, учащается пульс, возрастает количество гемоглобина в крови. В результате организм приспосабливается к изменившимся условиям.

Постоянство внутренней среды при систематически меняющихся окружающих условиях создается совместной деятельностью всех систем организма. У высших животных это выражается в поддержании постоянной температуры  тела, в постоянстве химического, ионного и газового состава, давления, частоты дыхания и сердечных сокращений, постоянном синтезе нужных веществ и разрушении вредных.

Обмен веществ — обязательное условие и способ поддержания стабильности организации живого. Без обмена веществ невозможно существование живого организма. Обмен веществ и энергии между организмом и внешней средой — неотъемлемое свойство живого.

Особую роль в  поддержании постоянства внутренней среды (гомеостаза) играетиммунная (защитная) система. Русский ученый И.И.Мечников был одним из первых биологов, доказавших ее огромную важность. Клетки иммунной системы выделяют специальные белкиантитела — которые активно обнаруживают и уничтожают все чужое для данного организма.

Примеры саморегуляции на клеточном уровне — самосборка клеточных органелл из биологических макромолекул, поддержание определенного значения трансмембранного потенциала у возбудимых клеток и закономерная временная и пространственная последовательность ионных потоков при возбуждении клеточной мембраны.

Регенерация (от лат. regeneratio — возрождение) — процесс восстановления организмом утраченных или поврежденных структур. Регенерация поддерживает строение и функции организма, его целостность. Различают два вида регенерации: физиологическую и репаративную. Восстановление органов, тканей, клеток или внутриклеточных структур после разрушения их в процессе жизнедеятельности организма называют физиологической регенерацией. Восстановление структур после травмы или действия других повреждающих факторов называют репаративной регенерацией. При регенерации происходят такие процессы, как детерминация, дифференцировка, рост, интеграция и др., сходные с процессами, имеющими место в эмбриональном развитии. Однако при регенерации все они идут уже вторично, т.е. в сформированном организме.

Физиологическая регенерация представляет собой процесс обновления функционирующих структур организма. Благодаря физиологической регенерации поддерживается структурный гомеостаз и обеспечивается возможность постоянного выполнения органами их функций. С общебиологической точки зрения, физиологическая регенерация, как и обмен веществ, является проявлением такого важнейшего свойства жизни, как самообновление.

Примером физиологической  регенерации на внутриклеточном  уровне являются процессы восстановления субклеточных структур в клетках  всех тканей и органов. Значение ее особенно велико для так называемых «вечных» тканей, утративших способность  к регенерации путем деления  клеток. В первую очередь это относится  к нервной ткани.

3 Клеточная теория.

История создания клеточной теории.

Открытие клетки принадлежит  английскому ученому Р.Гуку, который в 1665 г. в сконструированном им микроскопе впервые рассматривал тонкий срез пробки. На срезе четко просматривалась структура, похожая на пчелиные соты, построенные из ячеек. Элементы тонкого слоя пробки Р.Гук назвал латинскими словом «се11и!а», что означает ячейка, или клетка. Значительный вклад в изучение клетки внес А. Левенгук, открывший в 1674 г. одноклеточные организмы, в том числе бактерии. В 1831 г. английский ботаник Р.Броун обнаружил в клетках ядро. Это открытие послужило важной предпосылкой для установления сходства между клетками растений и животных.

В 1838-1839 гг. немецкие ученые ботаник  М.Шлейден и зоолог Т.Шванн обобщили имевшиеся знания о клетке в единую теорию, утверждавшую, что клетки, содержащие ядра, представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ.

Клеточная теория получила дальнейшее развитие в трудах немецкого ученого  Р.Вирхова, внесшего в 1858 г. существенное дополнение: клетка может возникнут только из предшествующей клетки в результате ее деления. Кроме того, русский ученый К. Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и установил, что все многоклеточные организмы начинают свое развитие из одной клетки. Это открытие показало, что клетка — не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов.

Идея о том, что все  организмы построены из клеток стала одним из наиболее важных теоретических достижений в истории биологии, поскольку создала единую основу для изучения всех живых существ. На клеточном уровне даже наиболее отдаленные виды весьма схожи по строению и биохимическим свойствам, что указывает на общность их происхождения и эволюционного развития.

Дальнейшие успехи науки  о клетке связаны с усовершенствованием  приборов и развитием физических и химических методов исследования. Комплексное использование электронного микроскопирования и микрохимических методов анализа позволило в мельчайших деталях изучить строение и химический состав всех структурных компонентов клетки — ядра, митохондрий, хлоропластов, рибосом и др. Кроме того, это дало возможность доказать неразрывную связь между структурой клетки и ее функцией.

Клеточная теория позволила  сформулировать вывод о том, что  клетка – это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Клеточная  теория позволила придти к выводу о сходстве химического состава всех клеток и еще раз подтвердила единство всего органического мира.

Современная клеточная теория включает следующие положения.

1. Клетка – основная  единица строения и развития  всех живых организмов, наименьшая  единица живого.

2. Клетки всех одноклеточных  и многоклеточных организмов  сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.

3. Размножение клеток происходит  путем их деления, и каждая  новая клетка образуется в  результате деления материнской  клетки.

4. В сложных многоклеточных  организмах клетки специализированы  по выполняемым ими функциям  и образуют ткани; из тканей  состоят органы, которые тесно  взаимосвязаны и подчинены нервным  и гуморальным системам регуляции.

4 Клетка элементарная генетическая и структурно-фунцион ….

Клетка— элементарная структурная и функциональная единица растительных и животных организмов, способная к самовоспроизведению и развитию. Нек-рые микроорганизмы, напр, бактерии, многие водоросли, грибы и простейшие, могут состоять из одной клетки. Многоклеточные организмы, к к-рым относятся все высшие растения, животные и человек, построены из большого количества различных клеток, объединенных в ткани и органы.

Термин «клетка» впервые  введен англ. ученым Р. Гуком в 1665 г.,  
1). Оболочка клетки имеет жидкостно-мозаичное строение. Функциональные особенности ее определяются ее химическим составом и структурой.2) Через мембраны живой клетки вещества могут проникать как пассивно, так и активно, если:они способны растворить липиды мембраны. 
они растворены в воде и имеют достаточно малые размеры молекул,

в клетке концентрация этих веществ меньше, чем в окружающей среде, 
есть специальные молекулы – переносчики веществ, запрограммированные на перенос этих веществ.

 
3). Не все вещества, окружающие  клетку, способны проникнуть через  мембрану. Следовательно, мембрана - полупроницаема. 
 
4). Мембрана транспортирует в клетку те вещества, которые необходимы для собственного обмена веществ, т. е. транспорт – избирателен.

Прио́ны — особый класс инфекционных агентов, чисто белковых, не содержащих нуклеиновых кислот (впрочем, на счёт состава прионов имеются и другие точки зрения, см. раздел). Это положение лежит в основе в настоящее время обсуждаемой т.н. прионной гипотезы. Прионы вызывают трансмиссивные губчатые энцефалопатии (ТГЭ) у различных млекопитающих, в том числе губчатую энцефалопатию крупного рогатого скота («коровье бешенство»). Прионы не относятся к живым организмам, но они могут размножаться, нарушая функции живых клеток хозяйского организма (в этом отношении прионы схожи с вирусами) Вироиды — патогены растений, которые состоят из короткого фрагмента (несколько сотен нуклеотидов) высококомплементарной, кольцевой, одноцепочечной РНК, не покрытой белковой оболочкой, характерной для вирусов.Самые малые вироиды scRNA (малые цитоплазматические РНК) вируса жёлтой крапчатости риса (англ. RYMV, rice yellow mottle sobemovirus) имеют длину всего 220 нуклеотидов. Для сравнения: геном самого маленького известного вируса, способного вызывать инфекцию, имеет размер около 2000 оснований. Ви́рус (лат. virus — «яд»[2]) — неклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри живых клеток[комм. 2]. Вирусы поражают все типы организмов, от растений и животных до бактерий и архей[3] (вирусы бактерий обычно называют бактериофагами). Обнаружены также вирусы, поражающие другие вирусы (вирусы-сателлиты).