Тема 5. Биологические закономерности материального мира

Все живые организмы (подобно неживым телам, состоящим из атомов и элементарных частиц) состоят из отдельных, обособленных, но связанных и взаимодействующих между собой частей (систем органов, органов, тканей, клеток, органоидов), которые образуют целостную структурно-функциональную организацию – организм. Последние находятся в тесном взаимодействии с другими организмами и условиями окружающей среды, создавая новые структурные уровни организации (популяции, сообщества, экосистемы, биосферу).

В связи с вышесказанным и, учитывая разнообразие критериев жизни, выделяют следующие уровни организации живых систем:

Ø молекулярно-генетический

Ø субклеточный (органоидный)

Ø клеточный

Ø тканевой

Ø органный

Ø организменный

Ø популяционно-видовой – характеризуется совокупностью организмов (особей) одного вида, объединенных в отдельные группы популяции (группы надорганизменного порядка) – обитающих на определенной территории, имеющих общий генофонд, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство. Данный уровень является ядром элементарных эволюционных преобразований живых организмов в ходе их исторического развития – филогенез а.

Ø биоценотический

Ø биогеоценотический (экосистемный)– представлен биогеоценозом (экосистемой) – сообщество различных живых видов и царств во взаимосвязи с факторами окружающей среды (абиотическими: свет, влага, температура, и т.д.). Данное сообщество – целостная динамическая открытая система, в которой существование одних видов невозможно без других, т.к. между ними постоянно происходит непрерывный круговорот веществ и поток энергии, а также самовозобновление и развитие во времени и в пространстве.

Ø биосферный – представлен биосферой – «живая оболочка Земли», включающая всю совокупность многочисленных и разнообразных биогеоценозов и представляющая собой экосистему высшего порядка. Два главных компонента биосферы – живое вещество и среда их обитания – непрерывно взаимодействуют между собой и находятся в тесном органическом единстве, образуя целостную динамическую систему: в ней происходят глобальные биогеохимические круговороты веществ и потоки энергии, связанные с общими закономерностями эволюции и деятельности человека.

Все живые организмы, образуют Биоразнообразие – совокупность видового богатства живых организмов (растений, животных и микроорганизмов), обитающих на Земле и природных экосистем.

В общую структуру биоразнообразия включают: экологическое, генетическое и организменное разнообразия. В целом, биоразнообразие рассматривается как фундаментальная часть живых систем Земли, претерпевающая изменения в пространстве, времени и энергии. Биоразнообразие характеризует процесс реальной эволюции, который идет на всех уровнях организации живого.

Разобраться в биоразнообразии и взаимосвязях живых организмов в ходе их исторического преобразования помогает систематика – наука, занимающаяся вопросами классификации живых систем и выделяющая систематические категории (единицы), которые объединяются по сходству и иерархической соподчиненности. Систематика развивается в тесном сотрудничестве с естественными науками: эволюционной морфологией, цитологией, биохимией, генетикой, биогеографией, палеонтологией, археологией, экологией и даже историей. Она не просто занимается интегрированием информации о биоразнообразии на Земле, но и свидетельствует о единстве живой природы, устанавливает родственные связи и взаимоотношения между живым веществом.

В настоящее время в систематике используют следующие основные категории: империя, надцарство, царство, тип, класс (отдел), отряд (порядки), семейство, род и вид. При этом существуют и промежуточные таксономические единицы – подцарство, надкласс, подкласс, подсемейство, подрод.

Согласно современным представлениям жизнь на земле представлена в форме неклеточных и клеточных организмов:

Первые (неклеточные организмы) включают вирусы и бактериофаги (паразиты вирусов), которые лишены раздражимости и способности собственного синтеза белка; состоят из белковой оболочки и ДНК (реже РНК). Вирусы выделяют в отдельное царство Vira. Вирусы могут размножаться только внутри других живых клеток и представляют собой некую переходную форму жизни между живой и неживой природой.

Вторые (клеточные организмы) делятся на две группы:

- прокариоты (безъядерные организмы, не имеющие ограниченного мембраной ядра). В таких живых системах имеется лишь ядерная зона, содержащая молекулу ДНК, наружная клеточная мембрана и небольшое количество рибосом для осуществления процессов синтеза белка. К ним относят бактерии;

- эукариоты (истинноядерные организмы). Содержат четко оформленные ядра и основные структурные компоненты клетки – простейшие, одноклеточные и многоклеточные водоросли, грибы, высшие формы живых организмов растения и животные. Наиболее многочисленная группа живых систем, включающая в себя целый ряд последовательных систематических категорий.

Элементарный состав живых систем наиболее полно можно продемонстрировать на примере клетки – живой элементарной системы, имеющей сложное строение и обладающей высокой степенью жизнеобеспеченности.

Для клетки характерны все признаки живых организмов: общий план строения и химический состав, обмен веществ и энергии, рост, размножение, раздражимость, саморегуляция и самосохранение и др. Клетка может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, одноклеточные водоросли и грибы) – одноклеточные организмы, так и в составе тканей многоклеточных организмов.

Современные позиции о структуре и функции клетки, как одного из главных звеньев в иерархии живых систем, заключаются в следующем:

во-первых, клетка как элементарная живая структура, способная к самообновлению, саморегуляции и самовопроизведению, лежит в основе строения и развития всех живых организмов;

во-вторых, клетке присуще мембранное строение;

в-третьих, воспроизведение (размножение) клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;

в-четвертых, у всех организмов (одноклеточных и многоклеточных) клетки построены по единому принципу, сходны по химическому составу и характеру химических реакций, основным проявлениям жизнедеятельности.

Живые организмы находятся в сложных взаимоотношениях с окружающей средой: из нее они получает пищу, воду, кислород, свет, тепло, используют их на процессы построения собственного тела и общей массы живого вещества Земли. Кроме того, используя окружающую среду, организм благодаря своей жизнедеятельности одновременно воздействует на нее и изменяет ее. Следовательно, основой жизнедеятельности любой клетки, а, следовательно, и организма в целом, являются обмен веществ и энергии. Под обменом веществ и энергии понимают совокупность химических (ферментативных) превращений, происходящих в клетке или организме, связанных между собой и с внешней средой, и сопровождающихся преобразованием вещества и энергии.

Обмен веществ и энергии лежит в основе клеточного метаболизма и принимает участие в клеточном гомеостазе – способности поддерживать все присущие живой системе свойства на определенном, относительно постоянном уровне.

Клеточный метаболизм осуществляется посредством двух важных процессов: пластического и энергетического обмена веществ и энергии.

По источнику получения органических веществ и энергии (по способу питания или ассимиляции) все живые системы (организмы) делятся на:

автотрофные организмы – синтезируют органические вещества в процессе фотосинтеза или хемосинтеза из неорганических (углекислого газа, воды или минеральных солей) – первичный синтез органического вещества (биосинтез белка);

гетеротрофные организмы – используют в процессе жизнедеятельности готовые органические вещества – вторичный синтез органического вещества (биосинтез белка). Источником энергии при гетеротрофной ассимиляции выступают готовые органические вещества.

Конечным результатом пластического обмена (ассимиляции), в не зависимости от того, какие вещества выступает первичным источником энергии (неорганические или же готовые органические), и в каких клетках он протекает (прокариотические или эукариотические, за исключением вирусов, не способных к самостоятельному биосинтезу белка, в силе чего они паразитируют в клетках других живых органзмов) является биосинтез белка.

Процессы энергетического обмена (диссимиляции) также как и процессы пластического обмена(ассимиляции) у живых организмов различны. Последнее базируется на том, что выступает в качестве окислителя или, другими словами, каковы потребности организма для осуществления процессов диссимиляции в кислороде. В силу этого, все организмы по типу энергетического обмена (диссимиляции), разделяются на аэробные и анаэробные организмы.

Аэробные организмы, использующие в процессах диссимиляции кислород. Процессы энергетического обмена в аэробных организмах протекают по типу дыхания (или биологического окисления) – богатые энергией органические вещества полностью окисляются под действием кислорода до энергетически бедных неорганических веществ: углекислого газа и воды. Данные процессы протекают в цитоплазме и митохондриях эукариотных клеток или на специальных мембранах прокариотных клеток. Ключевым субстратом для энергетического обмена в клетках выступает молекула глюкозы. Анаэробные организмы, у которых процессы энергетического обмена проходят по типу брожения (или бескислородного окисления) – богатые энергией органические вещества расщепляются без участия кислорода с высвобождением энергии до менее богатых энергией, но тоже органических веществ. Процессы анаэробного окисления отмечены у дрожжей, некоторых видов бактерий, грибов, паразитических организмах, а также в некоторых типах растительных и животных тканях (например, в мышечной).

В эволюционном плане анаэробные процессы диссимиляции более древний тип окисления. Взаимосвязь автотрофов с гетеротрофами заключается в постоянно обмене вещества и энергии. Сходство в строении и химическом составе различных клеток свидетельствует об общности их происхождения: все они возникли в процессе эволюции из каких-то более однородных систем.

В отношении химических соединений, входящих в состав живой клетки, имеются некоторые принципиальные различия по сравнению с вещественным составом неживой природы. Последнее заключается в высоком содержании воды (75-80%) и органических соединений (20-25%). Среди последних лидирующие позиции занимают белки (10-20%), далее – углеводы (0,2-2,0%), нуклеиновые кислоты (1,0-2,0%), липиды (1,0-5,0%) и ряд биологически важных низкомолекулярных веществ – гормоны, пигменты, аминокислоты, нуклеотиды и т.д. (0,1-0,5%). При этом разные типы клеток содержат разное количественное соотношение данных органических веществ. Например, в растительных клетках преобладают углеводы, в животных, напротив, белки.

Вид как единица существования организмов. Наименьшей таксономической единицей выступает вид. Существование и устойчивость вида как реальной дискретной единицы живых систем возможно лишь при наличии и сохранении его признаков, согласно классификации, предложенной К.М. Завадским (1968 г.).

Численность и плотность – один из качественных признаков вида, о каком бы виде, воспроизводящемся в природе, мы бы не говорили, он всегда должен быть множеством. Только определенная численность и плотность особей обеспечивает необходимые контакты и взаимодействия полов, воспроизводство и существование вида. Численность и плотность – признак, который обеспечивает пространственное сохранение вида и определяет его динамику изменений под действием факторов окружающей среды.

Способность к воспроизведению – данный признак вида обеспечивает сохранение вида во временном интервале и определяется такими свойствами как рождаемость и смертность.

Следующие характерные черты вида – многообразие форм, обуславливающих особую структурность вида и поддерживающую тем самым его целостность.

Тип организации – вид представляет собой единую генетическую основу, которая проявляется в специфичности генетических систем на молекулярном и хромосомном уровне, обеспечивающих специфичность протекания биохимических, морфологических, физиологических и поведенческих реакций.

Важнейшим признаком вида является его д искретность – нескрещиваемость особей разного вида, т.е. вид обладает репродуктивной изоляцией. В процессе эволюции у видов сформировались разнообразные механизмы репродуктивной изоляции, проявляющиеся на уровне генетической несовместимости, различных сроков спаривания и созревания половых продуктов, поведенческих различий в ухаживаниях, различиях в сроках половой зрелости и т.д.

Каждый вид занимает определенную территорию, т.е. обладает географической определенностью – вид имеет определенный ареал распространения. Характерным свойством живых организмов выступает их приуроченность к определенным экологическим условиям – экологическая определенность – занимая определенную географическую территорию, вид играет определенную роль в экосистемах, являясь отдельным звеном в круговороте веществ и энергии, и характеризуется комплексом специфических адаптаций к условиям окружающей среды.

Экологическая определенность позволяет виду наиболее оптимально использовать имеющиеся условия среды, в которой они проживают. Среди последних выделяют: абиотические, биотические и антропогенные условия (факторы).

Завершая рассмотрение данного вопроса необходимо иметь в виду, что вид – единица, способная к эволюционным изменениям во времени, т.е. каждый вид имеет историчность, которая отражаетсяего филогенетической ветвью. В своем историческом развитии (филогенезе) происходящие эволюционные процессы могут либо преобразовывать виды в новые (видообразование и формообразование) или же, напротив, привести к его вымиранию. Другими словами, вид как единица, способная к эволюции, не имеет заранее заданного внутреннего срока существования. При этом следует помнить, что эволюция вида не предусматривает внутреннего стремления к его усложнению, в силу этого среди всего многообразия форм живых организмов на ряду с высокоорганизованными существуют и более примитивные.

Поиск по сайту: