16 Вопрос

Сущность и уровни организации жизни

Сущность жизни и свойства живых организмов

На фоне возникновения и развития косной материи возникло и стало развиваться такое удивительное явление, как жизнь. В настоящее время описано более 1 млн видов животных, около 0,5 млн видов растений, сотни тысяч видов грибов, более 3 тыс. видов бактерий. Подсчитано, что не менее 1 млн видов пока остаются неописанными.

Живые организмы существенно отличаются от неживых систем. Эти отличия придают жизни качественно новые свойства.

Многочисленные формулировки сущности жизни можно свести к двум основным: 1) жизнь определяется субстратом, носителем свойств (например, белком); 2) ее трактуют как совокупность специфических физико-химических процессов. Например, Аристотель определял жизнь как питание, рост и одряхление; И.П. Павлов — как сложный химический процесс; Ф. Энгельс - как способ существования белковых тел, значимым моментом которого является обмен веществ с окружающей средой. Одно из наиболее полных определений жизни с учетом современного уровня знаний дал отечественный ученый М.В. Волькенштейн. По его мнению, существующие на Земле живые тела представляют собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот.

Уровни организации жизни

Мир живой природы представляет собой совокупность биологических систем разного уровня организации и различной соподчиненности. Обычно выделяют несколько уровней организации живой материи.

◊ Молекулярный уровень. Различие живых и неживых систем проявляется уже на молекулярном уровне. На уровне функционирования биологических макромолекул (нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов), а также других важных органических веществ начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма - обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др. Безусловный интерес представляет так называемая репликация - удвоение молекул ДНК (у некоторых вирусов РНК) при участии специальных ферментов, которая обеспечивает точное копирование генетической информации, заключенной в молекулах ДНК, и передачу ее от поколения к поколению.

◊ Клеточный уровень. Клетка — структурная и функциональная единица, а также единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Она может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы), так и в составе тканей многоклеточных животных, растений, грибов. Единственное исключение из этого правила — вирусы, представляющие собой неклеточные формы жизни, но вирусы могут проявлять свойства живых систем только в клетках. Содержимое клетки именуется протоплазмой. В каждой клетке имеется генетический аппарат, который обычно заключен в ядре, отделенном мембранами от цитоплазмы.

Клетки различны по величине. Многообразные функции клеток выполняются специализированными внутриклеточными структурами - органоидами. Универсальные органоиды эукариотных клеток в ядре - хромосомы, в цитоплазме - рибосомы, митохондрии, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, клеточная мембрана. Во многих клетках присутствуют мембранные структуры, способствующие поддержанию формы клетки.

Важнейшими химическими компонентами клетки считаются белки, включая ферменты, которые содержатся как в самой клетке, так и в жидких средах организма. Однако синтезируются они только в клетке, которая осуществляет пространственную организацию химических процессов. Так, процесс клеточного дыхания у всех клеток, кроме бактерий, происходит только на мембранах митохондрий, а синтез белка — на рибосомах. Благодаря концентрации ферментов, упорядоченному их расположению в структурах ускоряются реакции, организуется их сопряжение (принцип конвейера), разделяются разнородные процессы. Для строения клетки характерна микрогетерогенность (микронеоднородность), которая позволяет синтезировать различные вещества из одних и тех же предшественников в одно время в общем микрообъеме. Принцип компактности, присущий метаболизму клетки, особенно выражен в структуре ДНК. Например, ДНК яйцеклетки человека весит 6 · 10~¹² г и при этом кодирует свойства всех белков человека. Внутри клетки непрерывно поддерживается определенная концентрация ионов, отличная от их концентрации в окружающей среде, в результате чего образуются выпячивания клеточной мембраны, которые могут замыкаться и отделяться внутрь клетки в виде пузырьков. Клетки способны захватывать из окружающей их среды капельки с крупными молекулами, включая белки или даже вирусы и небольшие клетки.

У всех клеток одного организма геном (совокупность генов) не отличается по объему потенциальной информации от генома оплодотворенной яйцеклетки. Это доказывают опыты с пересадкой ядра узкоспециализированной клетки в цитоплазму энуклеированной яйцеклетки, после чего может развиться нормальный организм. Различия свойств клетки многоклеточного организма объясняются неодинаковой активностью генов, что обусловливает дифференцировку клеток. Во всех клетках происходит интенсивное обновление веществ и структур.

На клеточном уровне основное внимание ученые уделяют проблемам морфологической организации клетки, специализации клеток в ходе развития, функциям клеточной мембраны механизмов и регуляции деления клетки, строению и функциям таких органоидов, как хромосомы, митохондрии, рибосомы, а также другим включениям клетки.

◊ Организменный уровень. Многоклеточный организм представляет собой целостную систему органов и тканей, специализированных для выполнения различных функций. Ткань - совокупность сходных по строению клеток, объединенных выполнением общей функции. Орган - это структурно-функциональное объединение нескольких типов тканей. Например, кожа человека как орган включает эпителий и соединительную ткань, которые вместе выполняют целый ряд функций; из них наиболее значительная — защитная. В рамках организменного (онтогенетического) уровня изучают особь и свойственные ей как целому черты строения и физиологические процессы — механизмы адаптации (акклиматизации) и поведения (в том числе функции центральной нервной системы), а также такие актуальные проблемы, как дифференцировка тканей, т.е. превращение в процессе индивидуального развития организма (онтогенеза) первоначально одинаковых, неспециализированных клеток зародыша в специализированные клетки тканей и органов,

О Популяционно-видовой уровень. Популяция как система надорганизменного порядка - это совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания. В данной системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования. Популяционная биология изучает факторы, влияющие на численность популяции, проблемы сохранения исчезающих видов, динамики генетического состава популяций, действие факторов микроэволюции и т.д. Для хозяйственной деятельности человека важны такие проблемы популяционной биологии, как контроль численности видов, поддержание оптимальной численности эксплуатируемых и охраняемых популяций.

◊ Биогеоценотически-биосферный уровень. Биогеоценоз - совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами среды обитания.

Биосфера - самая крупная единица организации живой материи на Земле. Соответствующая отрасль биологии изучает проблемы взаимоотношений организмов в биоценозах, условия и факторы, определяющие их численность, продуктивность и устойчивость, влияние деятельности человека на сохранение биоценозов и их комплексов. На втором наиболее глобальном (биосферном) подуровне биология решает такие глобальные проблемы, как определение интенсивности образования свободного кислорода растительным покровом Земли, изменения концентрации углекислого газа в атмосфере, связанного с деятельностью человека.