Вопрос 3. Свойства живой материи. Уровни организации жизни

Основные свойства живой материи

Биологический уровень организации очень сложен, его нельзя свести к закономерностям других естественных наук. В настоящее время существуют несколько подходов к определению живого вещества:

1. Витализм – учение, основанное на признании наличия в организмах управляющей ими нематериальной составляющей сверхъестественной силы – души. Его основу составляют удивительная сложность строения и целесообразность поведения живых организмов. Сторонники данного учения считают, что жизнь является уникальным явлением, которое нельзя объяснить физико-химическими процессами. Так, еще в древности существовало представление об энтехелии, одушевляющей материю тела и направляющей поведение организма.

2. Редукционный подход – его представители считают возможным использовать законы физики и химии для анализа процессов жизнедеятельности. Они отрицают целенаправленность строения и поведения. Основу жизни – гомеостаз – объясняют действием законов неживой природы. Так, терморегуляция теплокровных существ происходит по принципу обратной связи – выделение пота при повышении температуры.

3. Живая клетка – элементарная организованная часть живой материи и сложная высокоупорядоченная система. Было установлено, что в ней непрерывно совершается синтез крупных молекул из простых и мелких – анаболические реакции, на которые затрачивается энергия, и их распад – катаболические реакции. Совокупность таких реакций в клетке и есть процесс метаболизма. Для его поддержания необходим непрерывный приток энергии.

Свойства, отличающие живое от неживого, отражающие специфику биологической формы движения материи:

• – самовоспроизведение – может производиться многократно, а генетическая информация о нем закодирована в молекулах ДНК;

• – регуляция процессов – происходит в химических реакциях посредством механизма обратной связи; внутри клеток реакции синтеза и распада идут с участием ферментов, синтезируемых внутри самих клеток;

• – рост организмов – осуществляется при помощи увеличения их массы за счет размеров и числа клеток;

• – иерархичность организации – клетки как биоединицы специфически организованны в ткани, ткани – в органы, органы – в системы органов;

• – обмен веществ и энергии – сначала из внешней среды поступает энергия в форме солнечного света, затем химическая энергия преобразуется в клетках для синтеза ее структурных компонентов, работы по обеспечению транспорта веществ через мембрану и механической работы по обеспечению двигательной функции организма и сокращению мышщ;

• – питание – источник энергии и веществ, необходимых для жизнедеятельности;

• – дыхание – процесс освобождения энергии высокоэнергетических соединений;

• – раздражимость – избирательная реакция живых существ на изменения внешней и внутренней среды, обеспечивающая стабильность жизнедеятельности;

• – гомеостаз – живые организмы, обитающие в непрерывно меняющихся внешних условиях, поддерживают постоянство своего химического состава и интенсивность течения всех физиологических процессов с помощью авторегуляционных механизмов;

• – способность к движению – свойственна живым существам, хотя их скорости значительно различаются; существуют различные механизмы движения живых существ.

Уровни организации живой материи — иерархически соподчиненные уровни организации биосистем, отражающие уровни их усложнения. Чаще всего выделяют шесть основных структурных уровней жизни: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный. В типичном случае каждый из этих уровней является системой из подсистем нижележащего уровня и подсистемой системы более высокого уровня. Следует подчеркнуть, что построение универсального списка уровней биосистем невозможно. Выделять отдельный уровень организации целесообразно в том случае, если на нём возникают новые свойства, отсутствующие у систем нижележащего уровня. К примеру, феномен жизни возникает на клеточном уровне, а потенциальное бессмертие — на популяционном[1]. При исследовании различных объектов или различных аспектов их функционирования могут выделяться разные наборы уровней организации. Например, у одноклеточных организмов механизмы регуляции изучаемого процесса. Одним из выводов, следующих из общей теории систем является то, что биосистемы разных уровней могут быть подобны в своих существенных свойствах, например, принципах регуляции важных для их существования параметров.

Молекулярный уровень организации жизни

Представлен разнообразными молекулами, находящимися в живой клетке.

• Компоненты

• Молекулы неорганических и органических соединений

• Молекулярные комплексы

Основные процессы

• Объединение молекул в особые комплексы

• Осуществление, кодирование и передача генетической информации

Науки, ведущие исследования на этом уровне

• Биохимия

• Биофизика

• Молекулярная биология

• Молекулярная генетика

Клеточный уровень организации жизни

Представлен свободно живущими одноклеточными организмами и клетками, входящими в многоклеточные организмы.

Компонент

• Комплексы молекул химических соединений и органоиды клетки

Основные процессы

• Биосинтез, фотосинтез

• Регуляция химических реакций

• Деление клеток

• Вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы

Науки, ведущие исследования на этом уровне

• Генная инженерия

• Цитогенетика

• Цитология

• Эмбриология

Тканевый уровень организации жизни

Тканевой уровень представлен тканями, объединяющими клетки определенного строения, размеров, расположения и сходных функций. Ткани возникли в ходе исторического развития вместе с многоклеточностью. У многоклеточных организмов они образуются в процессе онтогенеза как следствие дифференцировки клеток. У животных различают несколько типов тканей (эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная, а также кровь и лимфа). У растений различают меристематическую, защитную, основную и проводящую ткани. На этом уровне происходит специализация клеток.

Органный уровень организации жизни

Органный уровень. Представлен органами организмов. У простейших пищеварение, дыхание, циркуляция веществ, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счет различных органелл. У более совершенных организмов имеются системы органов. У растений и животных органы формируются за счет разного количества тканей. Для позвоночных характерна цефализация, защищающаяся в сосредоточении важнейших центров и органов чувств в голове.

Организменный (онтогенетический) уровень организации жизни

Представлен одноклеточными и многоклеточными организмами растений, животных, грибов и бактерий.

Компоненты

• Клетка — основной структурный компонент организма. Из клеток образованы ткани и органы многоклеточного организма

Основные процессы

• Обмен веществ (метаболизм)

• Раздражимость

• Размножение

• Онтогенез

• Нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности

• Гомеостаз

Науки, ведущие исследования на этом уровне

• Анатомия

• Биология развития

• Аутэкология

• Генетика

• Гигиена

• Морфология

• Физиология

Популяционно-видовой уровень организации жизни

Представлен в природе огромным разнообразием видов и их популяций.

Компоненты

• Группы родственных особей, объединённых определённым генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой

Основные процессы

• Генетическое своеобразие

• Взаимодействие между особями и популяциями

• Накопление элементарных эволюционных преобразований

• Осуществление микроэволюции и адаптация к изменяющейся среде

• Видообразование

• Увеличение биоразнообразия

Науки, ведущие исследования на этом уровне

• Генетика популяций

• Эволюция

• Экология

Биогеоценотический уровень организации жизни

Представлен разнообразием естественных и культурных биогеоценозов во всех средах жизни.

Компоненты

• Популяции различных видов

• Факторы среды

• Пищевые сети, потоки веществ и энергии

Основные процессы

• Биохимический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь

• Подвижное равновесие между живыми организмами и абиотической средой (гомеостаз)

• Обеспечение живых организмов условиями обитания и ресурсами (пищей и убежищем)

Науки, ведущие исследования на этом уровне

• Биогеография

• Биогеоценология

• Экология

Биосферный уровень организации жизни

Представлен высшей, глобальной формой организации биосистем — биосферой.

Компоненты

• Биогеоценозы

• Антропогенное воздействие

Основные процессы

• Активное взаимодействие живого и неживого вещества планеты

• Биологический глобальный круговорот веществ и энергии

• Активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы, его хозяйственная и этнокультурная деятельность

Науки, ведущие исследования на этом уровне

• Экология

• Глобальная экология

• Космическая экология

• Социальная экология