Лекция 12. Особенности биологического уровня организации материи

Биология - наука о живых организмах Земли. Прежде всего, следует определить критерии живого : чем живые системы отличаются от неживых объектов ?

1. Главный признак живого – способность к самовоспроизведению, т.е. к

размножению.

2. Способность к росту.

3. Обмен веществ и энергией с окружающей средой.

4. Ответная реакция на внешние раздражители.

5. Способность к распространению по всей планете.

Следует заметить, что для отнесения объекта к живому организму должны выполняться все пять критериев, а не какой-либо один или два. Например, к росту способны кристаллы, но они не являются живыми организмами.

Весьма важным моментом в изучении живых организмов долгое время была их классификация. Как не утонуть в этом море разных летающих, прыгающих, плавающих и т.д. особей? Первым классификатором живого в истории науки был Аристотель, разделивший все живые организмы на растения и животных. Человека он отнес к животным и дал ему очень любопытное определение : двуногое без перьев.

В XVIII веке вершиной классификации стала система, созданная шведским ученым К. Линнеем. Он ввел двойные латинские названия более чем 8-ми тысяч растений, а также иерархию соподчинения их групп : тип –класс - отряд - семейство – род – вид. Подробная «инвентаризация» животного мира содержалась в 44-х томном труде Ж. Бюффона «Естественная история». Заметим, что в этот период (XVIII век) биология в основном носила терминологический, описательный характер.

Подлинной революцией в биологии было учение о клетке, созданное уже в ХIХ веке немецкими биологами Т. Шванном и М. Шлейденом. Вообще-то, первым увидел клетку в микроскоп в ХVII веке Р. Гук, но до подлинной клеточной теории было еще далеко. Открытию Р.Гука предшествовало создание его современником, голландским аптекарем А. Левенгуком замечательного прибора – микроскопа. Это был прорыв в микромир живого ( не путать с физическим микромиром)!

Суть учения Шванна и Шлейдена состояла в следующем.Все живые организмы состоят из клеток. Клетка – функциональная и структурная единица живого.

Все клетки сходны по строению и химическому составу и имеют оболочку (мембрану), ядро и полужидкую среду между ядром и мембраной - цитоплазму. Чуть позже немецкий ученый Р. Вирхов высказал идею о том, что все клетки возникают только в результате деления ранее существовавших клеток. Впоследствии в цитоплазме обнаружили многочисленные тельца, выполняющие различные функции (органоиды клетки). Далее выяснили, что клетки сложных многоклеточных организмов специализированы и выполняют различные функции, образуя ткани.

Именно клеточная теория лежит в основе современной естественной классификации всего живого. Итак, живые организмы делятся на неклеточные (вирусы) и клеточные (все остальные). Вирусы были открыты в самом конце XIX века русским микробиологом Д.И. Ивановским (вирус табачной мозаики ). Впоследствии выяснилось, что эти организмы – типичные паразиты, самостоятельно не питаются и не размножаются, что заставило некоторых биологов призадуматься - а живые ли они вообще? Вирусу необходимо проникнуть в чужую клетку организма- хозяина, за счет нее он питается и размножается. Примеры вирусных заболеваний и профилактика СПИДа.

Все остальные организмы – клеточные, они подразделяются на безъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты). К прокариотам относятся бактерии и сине- зеленые водоросли. Основоположником науки о прокариотах ( микробиологии) был французский ученый - химик Л. Пастер. Он первым создал экспериментальную технику работы с популяциями бактерий (штаммами), ему первому пришла в голову мысль о превентивных мерах борьбы с инфекционными заболеваниями (вакцинах) и методах лечения уже заболевших людей (сыворотки -это плазма крови уже переболевших животных, содержащая спасительные антитела). Л. Пастеру человечество обязано победой над чумой, холерой, сибирской язвой, бешенством.

Продолжателем дела, начатого Л. Пастером, был его ближайший сотрудник, впоследствии лауреат Нобелевской премии русский ученый И.И. Мечников, открывший явление иммунитета.

Следующий шаг в микробиологии был сделан английским ученым А.Флемингом, нашедшим «волшебную пулю» против многих бактерий -пенициллин. Началась эпоха антибиотиков - грибковых организмов, убивающих бактерии. Трудно переоценить значение открытия А. Флеминга, за которое он был удостоен Нобелевской премии. Антибиотики победили пневмонию, туберкулез, многие гнойничковые инфекции. Огромные дозы специальных антибиотиков используют ныне для лечения онкологических заболеваний (химиотерапия).

Ядерные клеточные организмы - эукариоты – могут быть одноклеточными (амебы, инфузории) и многоклеточными, которые в свою очередь подразделяются на три царства - растения, грибы и животные.

Растения состоят в основном из углеводов ( о химическом составе живых клеток см. далее) и обладают удивительной способностью к синтезу органических соединений (клетчатка, глюкоза) из неорганических -углекислого газа и воды.

Побочным продуктом этой реакции является молекулярный кислород и называется она фотосинтезом. Механизм процесса фотосинтеза изучил и описал выдающийся русский ученый К. А. Тимирязев.

Грибы состоят наполовину из углеводов, а наполовину из белков, не обладают способностью к фотосинтезу и размножаются спорами, клетка-ми, которые в неблагоприятных условиях создают удивительно прочную мембрану, надежно защищающую ее от внешних воздействий. В таком состоянии спора может находиться продолжительное время до наступления лучших условий, тогда из споры начинает развиваться новый организм. Бактерии также образуют споры, но только для защиты, размножаются они простым делением.

Животные - подвижные эукариоты, состоящие в основном из белков (неподвижные – кораллы, ведущие сидячий образ жизни). Раздел биологии, появившийся в ХХ веке и изучающий поведенческие механизмы животных, называется этологией.

Ее основоположник - австрийский ученый К.Лоренц. Этологи считают, что в основе поведения животных, живущих в свободных условиях, лежат четыре инстинкта, направленных на сохранение вида : голода, половой, агрессии и страха. Примеры.