6.4. Структурные уровни живого

Структурный, или системный, анализ обнаруживает, что мир живого чрезвычайно многообразен, имеет сложную структуру. На основе разных критериев могут быть выделены различные уровни, или подсистемы, живого мира. На всех уровнях проявляются все свойства, характерные для живого. Каждому уровню присуща определенная степень сложности строения, особенности функционирования и иерархическая соподчиненность, то есть вхождение каждого предыдущего уровня в последующий с образованием единого целого. Наиболее распространенным является выделение на основе критерия масштабности следующих уровней организации живого.

Молекулярный уровень составляет предмет молекулярной биологии, одной из важнейших проблем которой является изучение механизмов передачи генной информации и развитие генной инженерии и биотехнологии.

Клеточный и субклеточный уровни отражают процессы специализации клеток, а также различные внутриклеточные включения.

Организменный и органно-тканевый уровни отражают признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых существ.

Популяционно-видовой уровень образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида. Его изучение важно для выявления факторов, влияющих на численность популяций. А затем на этой основе можно будет поддерживать оптимальную численность популяции. Этот уровень также чрезвычайно важен для исследования путей исторического развития живого, его эволюции.

Уровень биогеоценозов выражает следующую ступень структуры живого, состоящую из участков Земли с определенным составом живых и неживых компонентов, представляющих единый природный комплекс, экосистему. Рациональное использование природы невозможно без знания структуры и функционирования биогеоценозов, или экосистем.

Биосферный – включающий всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой. На этом уровне биологической наукой решается такая, в частности, проблема, как изменение концентрации углекислого газа в атмосфере. Используя этот подход, ученые выяснили, что в последнее время концентрация углекислого газа возрастает ежегодно на 0,4%, создавая опасность глобального повышения температуры, возникновения так называемого "парникового эффекта".

Разделение живой материи на уровни является, конечно, весьма условным. Решение конкретных биологических проблем таких, как регуляция численности вида, опирается на данные о всех уровнях живого. Но все биологи согласны в том, что в мире живого существуют ступенчатые уровни, своего рода иерархии. Представление о них наглядно отражает системный подход в изучении природы, который помогает глубже понять ее.

6.5. Становление и основные положения клеточной теории

Клетка – это основная единица живого (биологической активности), ограниченная полупроницаемой мембраной и способная к самовоспроизведению в среде, не содержащей живых систем. Жизнь начинается с клетки. Вне клеток нет жизни.

Первые исследования клеток принадлежат англичанину Роберту Гуку (1665г.). Рассматривая под микроскопом срезы пробки, он обнаружил, что они состоят из ячеек, названных им клетками. В 1680 г. голландец А. Левенгук впервые обнаружил одноклеточные организмы. В 1825 г. чех Ян Пуркинье описал внутреннее содержимое клетки, назвав его протоплазмой. В 1831 г. англичанин Р. Броун обнаружил ядро клетки.

Важнейшим этапом в изучении клеток явились работы, обеспечивавшие фактическую основу для создания клеточной теории. В 1838 г. немецкий ботаник М. Шлейден пришел к выводу, что ткани растений состоят из клеток, тогда как немецкий зоолог Т. Шванн в 1839 г. к аналогичному выводу пришел, изучая строение клеток животных. Опираясь на эти данные, они сформулировали клеточную теорию, содержавшую ряд важнейших положений :

а). Организмы состоят из клеток и продуктов их жизнедеятельности, причем клетки являются главной структурной единицей растений и животных;

б). Размножение клеток лежит в основе роста животных и растений.

Выдающийся вклад в последующее развитие клеточной теории принадлежит Р. Вирхову, сформулировавшему в 1858 г. положение о том, что новая клетка может возникнуть лишь из уже существующей клетки и что других путей появления клеток не существует. Это положение имело важное фундаментальное значение.

В дальнейшем важнейший вклад в развитие клеточной теории был обеспечен открытием хромосом и наблюдениями в 1879–1883 гг. деления клеток путем митоза (В. Флеминг, В. Рут и другие). Уже к концу XIX в. были описаны хромосомы, определено их гаплоидное и диплоидное число у ряда организмов, а также были определены и получили название фазы митоза. Тогда же состоялся синтез цитологии и генетики.

В 1903 г. Р. Гертвиг формулирует закон постоянства ядерно-плазменного отношения, а в 1905 г. Дж. Фармер и Дж. Мур вводят в научную литературу термин «мейоз», что способствовало лучшему пониманию деления и развития клеток. Но особенно прогресс учения о клетке был обеспечен введением в практику исследований фазово-контрастной и электронной микроскопии, а затем и метода меченых атомов. Уже в 50-е гг. ХХ века были получены электронно-микроскопические изображения почти всех структур клетки.

Современный этап в развитии клеточной теории характеризуется дальнейшим обоснованием ее положений. Окончательное подтверждение получило важнейшее положение клеточной теории о том, что клетка является элементарной структурно-функциональной единицей живого, вне которой нет жизни. Клетки являются высокоорганизованными дифференцированными образованиями, а размножение клеток обеспечивает физическую основу генетической непрерывности между родительскими клетками и дочерними клетками. Установлено, что активность организмов зависит от активности его клеток и что рост, развитие и дифференциация тканей зависят от образования новых клеток. Через клетки происходит поглощение, превращение, запасание и использование веществ и энергии. Структуры клеток являются ареной, на которой осуществляются многочисленные биологические реакции. Жизнь многоклеточных организмов основывается на жизни их клеток.

В настоящее время различают прокариотические и эукариотические клетки и, соответственно, организмы прокариоты и эукариоты. Прокариоты – это организмы, не имеющие оформленного ядра (бактерии). Эукариоты - организмы, имеющие оформленное ядро (одноклеточные организмы животной природы, многоклеточные животные и растения).