Bab 13. DAN LAGI TENTANG HIDUP DAN JIRIH HIDUP Semua penemuan dan kesimpulan tentang pemuliharaan tenaga dan peningkatan entropi, tentang tenaga bebas dan pemangkinan diperoleh berdasarkan kajian tentang dunia tidak bernyawa. Saya menghabiskan keseluruhan separuh pertama buku untuk menerangkan dan menerangkan mekanisme ini hanya untuk

PERINGKAT ORGANISASI KEHIDUPAN

Alam semula jadi adalah sistem integral, tetapi heterogen, yang dicirikan oleh organisasi hierarki. Di bawah sistem, dalam sains mereka memahami perpaduan, atau integriti, yang terdiri daripada banyak unsur yang berada dalam perhubungan dan perkaitan tetap antara satu sama lain. Kategori biologi utama, seperti genom (genotip), sel, organisma, populasi, biogeocenosis, biosfera, adalah sistem. berhierarki ialah sistem di mana bahagian-bahagian, atau unsur-unsur, disusun mengikut urutan dari yang paling rendah kepada yang tertinggi. Oleh itu, dalam alam semula jadi, biosfera terdiri daripada biogeocenoses, diwakili oleh populasi organisma spesies yang berbeza, dan badan organisma mempunyai struktur selular.

Prinsip hierarki organisasi membolehkan kita membezakan individu peringkat, yang sesuai dari sudut mengkaji kehidupan sebagai fenomena alam yang kompleks.

Dalam sains bioperubatan mereka gunakan secara meluas klasifikasi peringkat mengikut bahagian yang paling penting, struktur dan komponen badan, yang merupakan objek kajian langsung untuk penyelidik pelbagai kepakaran. Objek sedemikian boleh menjadi organisma seperti itu, organ, tisu, sel, struktur intrasel, molekul. Pengenalpastian tahap klasifikasi yang sedang dipertimbangkan adalah sesuai dengan penyelesaian kaedah yang digunakan oleh ahli biologi dan doktor: mengkaji objek dengan mata kasar, menggunakan kaca pembesar, mikroskop cahaya-optik, mikroskop elektron, dan moden. kaedah fizikal dan kimia. Hubungan antara tahap ini dan saiz tipikal objek biologi yang dikaji adalah jelas (Jadual 1.1).

Jadual 1.1. Tahap organisasi (kajian) dibezakan dalam organisma multiselular (menurut E. D. Roberts et al., 1967, seperti yang dipinda)

Interpenetrasi idea dan kaedah pelbagai bidang sains semula jadi (fizik, kimia, biologi), kemunculan sains di persimpangan bidang ini (biofizik, biokimia, biologi molekul) membawa kepada pengembangan klasifikasi, sehingga pemisahan. tahap molekul dan elektron-atom. Penyelidikan bioperubatan yang dijalankan pada peringkat ini sudah menyediakan akses praktikal kepada penjagaan kesihatan. Oleh itu, peranti berdasarkan fenomena paramagnet elektron dan resonans magnet nuklear berjaya digunakan untuk mendiagnosis penyakit dan keadaan badan.

Keupayaan untuk mengkaji proses biologi asas yang berlaku di dalam badan pada tahap selular, subselular dan juga molekul adalah luar biasa, tetapi bukan satu-satunya ciri yang membezakan biologi moden. Dia dicirikan oleh minat yang mendalam dalam proses dalam komuniti organisma yang menentukan peranan planet kehidupan.

Oleh itu, klasifikasi telah diisi semula dengan tahap supraorganisma, seperti spesies, biogeocenotik, dan biosfera.

Klasifikasi yang dibincangkan di atas diikuti oleh majoriti sains bioperubatan dan antropobiologi tertentu. Ini tidak menghairankan, kerana ia mencerminkan tahap organisasi alam semula jadi melalui peringkat kajiannya yang ditubuhkan secara sejarah. Matlamat kursus biologi sekolah perubatan adalah untuk mengajar penerangan yang paling lengkap tentang "warisan" biologi manusia. Untuk menyelesaikan masalah ini, adalah dinasihatkan untuk menggunakan klasifikasi yang paling tepat mencerminkan dengan tepat peringkat organisasi kehidupan.

Dalam pengelasan ini, peringkat genetik molekul, selular, organisma, atau ontogenetik, spesies populasi dan biogeocenotik dibezakan. Keistimewaan klasifikasi ini ialah tahap individu sistem hierarki kehidupan ditakrifkan di dalamnya berdasarkan peruntukan umum untuk setiap peringkat. unit asas Dan fenomena asas. Unit asas ialah struktur atau objek, perubahan tetap yang, ditetapkan sebagai fenomena asas, membentuk sumbangan khusus kepada tahap yang sepadan kepada proses pemeliharaan dan perkembangan kehidupan. Korespondensi tahap yang dikenal pasti dengan detik-detik penting proses evolusi, di luarnya tidak ada satu makhluk hidup pun, menjadikannya universal, meluas ke seluruh bidang kehidupan, termasuk manusia.

Unit asas dihidupkan tahap genetik molekul berfungsi sebagai gen - serpihan molekul asid nukleik di mana sejumlah maklumat biologi (genetik) direkodkan dalam erti kata kualitatif dan kuantitatif. Fenomena asas terletak terutamanya dalam proses pengulangan konvarian, atau pembiakan sendiri, dengan kemungkinan beberapa perubahan dalam kandungan maklumat yang dikodkan dalam gen. Dengan menggandakan DNA, maklumat biologi yang terkandung dalam gen disalin, yang memastikan kesinambungan dan pemeliharaan (konservatisme) sifat-sifat organisma selama beberapa generasi. Oleh itu, pengulangan adalah asas keturunan.

Disebabkan oleh kestabilan terhad molekul atau kesilapan dalam sintesis DNA (dari semasa ke semasa, tetapi tidak dapat dielakkan), gangguan berlaku yang mengubah maklumat gen. Dalam penggandaan DNA seterusnya, perubahan ini dihasilkan semula dalam molekul salinan dan diwarisi oleh organisma generasi anak perempuan. Perubahan ini timbul dan direplikasi secara semula jadi, yang menjadikan pengulangan DNA konvarian, i.e. kadangkala berlaku dengan beberapa perubahan. Perubahan dalam genetik ini dipanggil genetik(atau benar) mutasi. Oleh itu, konvarian reduplikasi berfungsi sebagai asas untuk kebolehubahan mutasi.

Maklumat biologi yang terkandung dalam molekul DNA tidak terlibat secara langsung dalam proses kehidupan. Ia berubah menjadi bentuk aktifnya dengan dipindahkan ke dalam molekul protein. Pemindahan yang dicatatkan dilakukan terima kasih kepada mekanisme sintesis matriks, di mana DNA asal berfungsi, seperti dalam kes reduplikasi, sebagai matriks (bentuk), tetapi untuk pembentukan bukan molekul DNA anak perempuan, tetapi RNA messenger, yang mengawal biosintesis protein. Di atas memberikan alasan untuk mengklasifikasikan sintesis matriks maklumat makromolekul sebagai fenomena asas pada tahap genetik molekul organisasi kehidupan.

Penjelmaan maklumat biologi ke dalam proses kehidupan tertentu memerlukan struktur khas, tenaga dan pelbagai bahan kimia (substrat). Keadaan yang diterangkan di atas dalam alam hidup disediakan oleh sel, yang berfungsi sebagai struktur asas tahap selular. Satu fenomena asas dibentangkan tindak balas metabolisme selular, membentuk asas aliran tenaga, bahan dan maklumat. Terima kasih kepada aktiviti sel, bahan yang datang dari luar ditukar menjadi substrat dan tenaga, yang digunakan (mengikut maklumat genetik yang ada) dalam proses biosintesis protein dan sebatian lain yang diperlukan untuk badan. Oleh itu, pada peringkat selular, mekanisme penghantaran maklumat biologi dan transformasi bahan dan tenaga digabungkan. Fenomena asas pada tahap ini berfungsi sebagai asas kehidupan yang bertenaga dan material di semua peringkat lain organisasinya.

Unit asas badan/paras itu ialah individu dalam perkembangannya dari saat asal kepada pemberhentian kewujudan sebagai sistem hidup, yang membolehkan kita juga memanggil tahap ini ontogenetik. Perubahan biasa dalam badan dalam perkembangan individu membentuk fenomena asas pada tahap ini. Perubahan ini memastikan pertumbuhan organisma, pembezaan bahagian-bahagiannya dan pada masa yang sama integrasi pembangunan menjadi satu keseluruhan, pengkhususan sel, organ dan tisu. Semasa ontogenesis, di bawah keadaan persekitaran tertentu, maklumat keturunan terkandung dalam struktur dan proses biologi, dan fenotip organisma spesies tertentu terbentuk berdasarkan genotip.

Unit asas peringkat populasi-spesies berkhidmat penduduk - koleksi individu daripada spesies yang sama. Penyatuan individu menjadi populasi berlaku kerana komuniti kolam gen, digunakan dalam proses pembiakan seksual untuk mencipta genotip individu generasi akan datang. Penduduk, kerana kemungkinan lintasan antara penduduk, adalah sistem genetik terbuka. Kesan ke atas kumpulan gen populasi faktor evolusi asas, seperti proses mutasi, turun naik dalam bilangan individu, pemilihan semula jadi, membawa kepada perubahan ketara secara evolusi dalam kumpulan gen, yang mewakili fenomena asas pada tahap tertentu.

Organisma satu spesies mendiami kawasan dengan penunjuk abiotik yang diketahui (iklim, kimia tanah, keadaan hidrologi) dan berinteraksi dengan organisma spesies lain. Dalam proses perkembangan sejarah bersama di wilayah tertentu organisma kumpulan sistematik yang berbeza, komuniti dinamik dan stabil masa terbentuk - biogeocenosis, yang berfungsi sebagai unit asas biogeocenotik(ekosistem) tahap. Fenomena asas pada tahap yang sedang dipertimbangkan diwakili oleh aliran tenaga dan kitaran bahan. Peranan utama dalam kitaran dan aliran ini adalah milik organisma hidup. Biogeocenosis ialah sistem terbuka secara material dan bertenaga. Biogeocenoses, berbeza dalam komposisi spesies dan ciri bahagian abiotiknya, disatukan di planet ini menjadi satu kompleks - kawasan pengedaran hidupan, atau biosfera.

Tahap di atas mencerminkan fenomena biologi yang paling penting, tanpa evolusi dan, akibatnya, kewujudan kehidupan adalah mustahil. Walaupun unit asas dan fenomena pada tahap yang dikenal pasti berbeza, semuanya saling berkait rapat, menyelesaikan tugas khusus mereka dalam rangka proses evolusi tunggal. Asas asas proses ini dalam bentuk fenomena keturunan dan kebolehubahan mutasi sebenar dikaitkan dengan reduplikasi konvarian pada peringkat genetik molekul. Peranan khas peringkat selular adalah untuk menyediakan sokongan bertenaga, material dan maklumat untuk apa yang berlaku di semua peringkat lain. Pada peringkat ontogenetik, maklumat biologi yang terkandung dalam gen diubah menjadi kompleks ciri dan sifat organisma. Fenotip yang timbul itu menjadi tersedia untuk tindakan pemilihan semula jadi. Pada peringkat populasi-spesies, nilai evolusi perubahan yang berkaitan dengan tahap genetik molekul, selular dan ontogenetik ditentukan. Peranan khusus peringkat biogeocenotik ialah pembentukan komuniti organisma spesies berbeza yang disesuaikan untuk hidup bersama dalam habitat tertentu. Satu ciri penting yang membezakan komuniti tersebut ialah kestabilan mereka dari semasa ke semasa.

Tahap yang dipertimbangkan mencerminkan struktur umum proses evolusi, hasil semula jadinya ialah manusia. Oleh itu, struktur asas dan fenomena tipikal tahap ini juga terpakai kepada orang, walaupun dengan beberapa keanehan kerana intipati sosial mereka.

Genetik molekul. Unit asas organisasi ialah gen. Fenomena asas ialah reduplikasi DNA, pemindahan maklumat genetik kepada sel anak. Tahap molekul organisasi kehidupan adalah subjek kajian biologi molekul. Dia mengkaji struktur protein, fungsinya (termasuk sebagai enzim), peranan asid nukleik dalam penyimpanan, replikasi dan pelaksanaan maklumat genetik, i.e. proses sintesis DNA, RNA, protein.

Tahap selular. Tahap organisasi makhluk hidup ini diwakili oleh sel - organisma bebas (bakteria, protozoa, dll.), serta sel-sel organisma multiselular. Ciri khusus yang paling penting pada tahap selular ialah dari tahap ini kehidupan bermula, kerana sintesis matriks berlaku pada peringkat molekul berlaku dalam sel. Memandangkan mampu hidup, pertumbuhan dan pembiakan, sel adalah bentuk utama organisasi jirim hidup, unit asasnya dari mana semua makhluk hidup dibina. Ciri ciri peringkat selular ialah pengkhususan sel. Pada peringkat selular, terdapat pembezaan dan susunan proses kehidupan dalam ruang dan masa.

Tahap tisu. Tisu ialah koleksi sel yang mempunyai asal yang sama, struktur yang serupa dan menjalankan fungsi yang sama. Dalam mamalia, sebagai contoh, terdapat empat jenis tisu utama: epitelium, penghubung, otot dan saraf.

Tahap organisma (ontogenetik). Pada peringkat organisma, mereka mengkaji individu dan ciri-ciri strukturnya secara keseluruhan, proses fisiologi, termasuk pembezaan, mekanisme penyesuaian dan tingkah laku. Unit asas yang tidak boleh dibahagikan bagi organisasi kehidupan pada tahap ini ialah individu. Kehidupan sentiasa diwakili dalam bentuk individu yang diskret. Ini boleh menjadi individu bersel tunggal, atau multiselular, yang terdiri daripada berjuta-juta dan berbilion-bilion sel.

Tahap populasi-spesies. Unit struktur asas asas pada tahap ini ialah populasi. Penduduk- kumpulan tempatan, secara geografi dipisahkan kepada satu darjah atau yang lain daripada kumpulan individu lain daripada spesies yang sama, bebas membiak antara satu sama lain dan mempunyai dana genetik yang sama. Fenomena asas peringkat populasi-spesies ialah perubahan dalam komposisi genotip populasi, dan bahan asas adalah mutasi. Di peringkat populasi-spesies, faktor-faktor yang mempengaruhi saiz populasi, masalah pemuliharaan spesies terancam, dan dinamik komposisi genetik populasi dikaji.

Tahap biocenotik. Populasi spesies yang berbeza sentiasa membentuk komuniti yang kompleks dalam biosfera Bumi. Komuniti sedemikian di kawasan tertentu biosfera dipanggil biocenoses. Biocenosis– kompleks yang terdiri daripada komuniti tumbuhan (phytocenosis), dunia haiwan yang mendiaminya (zoocenosis), mikroorganisma dan kawasan yang sepadan di permukaan bumi. Semua komponen biocenosis saling berkaitan dengan kitaran bahan. Biocenosis adalah hasil daripada perkembangan sejarah bersama spesies yang berbeza dalam kedudukan sistematik.

Terdapat tahap organisasi bahan hidup - tahap organisasi biologi: molekul, selular, tisu, organ, organisma, spesies populasi dan ekosistem.

Tahap molekul organisasi - ini adalah tahap fungsi makromolekul biologi - biopolimer: asid nukleik, protein, polisakarida, lipid, steroid. Dari tahap ini, proses kehidupan yang paling penting bermula: metabolisme, penukaran tenaga, penghantaran maklumat turun temurun. Tahap ini dikaji: biokimia, genetik molekul, biologi molekul, genetik, biofizik.

Tahap selular- ini adalah tahap sel (sel bakteria, cyanobacteria, haiwan uniselular dan alga, kulat uniselular, sel organisma multiselular). Sel ialah unit struktur benda hidup, unit berfungsi, unit pembangunan. Tahap ini dikaji oleh sitologi, sitokimia, sitogenetik, dan mikrobiologi.

Tahap tisu organisasi - ini adalah tahap di mana struktur dan fungsi tisu dikaji. Tahap ini dikaji secara histologi dan histokimia.

Tahap organ organisasi- Ini adalah tahap organ organisma multiselular. Anatomi, fisiologi, dan embriologi mengkaji tahap ini.

Tahap organisasi organisma - ini adalah tahap organisma unisel, kolonial dan multisel. Kekhususan tahap organisma ialah pada tahap ini penyahkodan dan pelaksanaan maklumat genetik berlaku, pembentukan ciri-ciri yang wujud dalam individu spesies tertentu. Tahap ini dikaji oleh morfologi (anatomi dan embriologi), fisiologi, genetik, dan paleontologi.

Tahap populasi-spesies - ini ialah tahap agregat individu - populasi Dan spesis. Tahap ini dikaji secara sistematik, taksonomi, ekologi, biogeografi, genetik populasi. Pada peringkat ini, genetik dan ciri ekologi populasi, sekolah rendah faktor evolusi dan kesannya terhadap kumpulan gen (mikroevolusi), masalah pemuliharaan spesies.

Tahap ekosistem organisasi - ini ialah tahap mikroekosistem, mesoekosistem, makroekosistem. Pada peringkat ini, jenis pemakanan, jenis hubungan antara organisma dan populasi dalam ekosistem dikaji, saiz populasi, dinamik populasi, kepadatan penduduk, produktiviti ekosistem, penggantian. Tahap ini mengkaji ekologi.

Juga terbilang tahap biosfera organisasi benda hidup. Biosfera adalah ekosistem raksasa yang menduduki sebahagian daripada sampul geografi Bumi. Ini adalah ekosistem mega. Di biosfera terdapat peredaran bahan dan unsur kimia, serta transformasi tenaga suria.
2. Sifat asas bahan hidup

Metabolisme (metabolisme)

Metabolisme (metabolisme) ialah satu set transformasi kimia yang berlaku dalam sistem hidup yang memastikan aktiviti penting, pertumbuhan, pembiakan, perkembangan, pemeliharaan diri, hubungan berterusan dengan alam sekitar, dan keupayaan untuk menyesuaikan diri dengannya dan perubahannya. Semasa proses metabolik, molekul yang membentuk sel dipecahkan dan disintesis; pembentukan, pemusnahan dan pembaharuan struktur selular dan bahan antara sel. Metabolisme adalah berdasarkan proses asimilasi yang saling berkaitan (anabolisme) dan disimilasi (katabolisme). Asimilasi - proses sintesis molekul kompleks daripada molekul mudah dengan perbelanjaan tenaga yang disimpan semasa disimilasi (serta pengumpulan tenaga semasa pemendapan bahan yang disintesis). Disimilasi ialah proses penguraian (anaerobik atau aerobik) sebatian organik kompleks yang diperlukan untuk fungsi badan.
Tidak seperti badan alam yang tidak bernyawa, pertukaran dengan persekitaran untuk organisma hidup adalah syarat untuk kewujudan mereka. Dalam kes ini, pembaharuan diri berlaku. Proses metabolik yang berlaku di dalam badan digabungkan menjadi lata dan kitaran metabolik melalui tindak balas kimia yang diperintahkan dengan ketat dalam masa dan ruang. Kejadian terkoordinasi sejumlah besar tindak balas dalam jumlah yang kecil dicapai melalui pengagihan teratur unit metabolik individu dalam sel (prinsip petak). Proses metabolik dikawal dengan bantuan biomangkin - protein enzim khas. Setiap enzim mempunyai kekhususan substrat untuk memangkinkan penukaran hanya satu substrat. Kekhususan ini adalah berdasarkan sejenis "pengiktirafan" substrat oleh enzim. Pemangkinan enzimatik berbeza daripada pemangkinan bukan biologi dalam kecekapannya yang sangat tinggi, akibatnya kadar tindak balas yang sepadan meningkat sebanyak 1010 - 1013 kali ganda. Setiap molekul enzim mampu melakukan dari beberapa ribu hingga beberapa juta operasi seminit tanpa dimusnahkan semasa penyertaan dalam tindak balas. Satu lagi perbezaan ciri antara enzim dan pemangkin bukan biologi ialah enzim mampu mempercepatkan tindak balas dalam keadaan normal (tekanan atmosfera, suhu badan, dll.).
Semua organisma hidup boleh dibahagikan kepada dua kumpulan - autotrof dan heterotrof, berbeza dalam sumber tenaga dan bahan yang diperlukan untuk kehidupan mereka.
Autotrof ialah organisma yang mensintesis sebatian organik daripada bahan bukan organik menggunakan tenaga cahaya matahari (fotosintesis - tumbuhan hijau, alga, sesetengah bakteria) atau tenaga yang diperoleh daripada pengoksidaan substrat bukan organik (kemosintetik - sulfur, bakteria besi dan beberapa organisma autotrof). mampu mensintesis semua komponen sel. Peranan autotrof fotosintetik dalam alam semula jadi adalah penentu - sebagai pengeluar utama bahan organik dalam biosfera, mereka memastikan kewujudan semua organisma lain dan perjalanan kitaran biogeokimia dalam kitaran bahan di Bumi.
Heterotrof (semua haiwan, kulat, kebanyakan bakteria, beberapa tumbuhan bukan klorofil) adalah organisma yang memerlukan untuk kewujudannya bahan organik siap sedia, yang, apabila dibekalkan sebagai makanan, berfungsi sebagai sumber tenaga dan "bahan binaan" yang diperlukan . Ciri ciri heterotrof ialah kehadiran amfibolisme, i.e. proses pembentukan molekul organik kecil (monomer) yang terbentuk semasa pencernaan makanan (proses degradasi substrat kompleks). Molekul sedemikian - monomer - digunakan untuk memasang sebatian organik kompleks mereka sendiri.

Pembiakan sendiri (pembiakan)

Keupayaan untuk membiak (membiak jenis sendiri, membiak sendiri) adalah salah satu sifat asas organisma hidup. Pembiakan adalah perlu bagi memastikan kesinambungan kewujudan spesies, kerana Jangka hayat organisma individu adalah terhad. Pembiakan lebih daripada mengimbangi kerugian yang disebabkan oleh kematian semula jadi individu, dan dengan itu mengekalkan pemeliharaan spesies sepanjang generasi individu. Dalam proses evolusi organisma hidup, evolusi kaedah pembiakan berlaku. Oleh itu, dalam banyak dan pelbagai spesies organisma hidup yang wujud pada masa ini, kita dapati pelbagai bentuk pembiakan. Banyak spesies organisma menggabungkan beberapa kaedah pembiakan. Adalah perlu untuk membezakan dua jenis pembiakan organisma yang berbeza secara asasnya - aseksual (jenis pembiakan utama dan lebih kuno) dan seksual.
Dalam proses pembiakan aseksual, individu baru terbentuk daripada satu atau sekumpulan sel (dalam organisma multiselular) organisma ibu. Dalam semua bentuk pembiakan aseksual, keturunan mempunyai genotip (set gen) yang sama dengan yang ibu. Akibatnya, semua keturunan satu organisma ibu ternyata homogen secara genetik dan individu anak perempuan mempunyai set ciri yang sama.
Dalam pembiakan seksual, individu baru berkembang daripada zigot, yang dibentuk oleh gabungan dua sel kuman khusus (proses persenyawaan) yang dihasilkan oleh dua organisma induk. Nukleus dalam zigot mengandungi set kromosom hibrid, yang terbentuk hasil daripada gabungan set kromosom nukleus gamet bercantum. Dalam nukleus zigot, kombinasi baru kecenderungan keturunan (gen), yang diperkenalkan secara sama rata oleh kedua ibu bapa, dengan itu dicipta. Dan organisma anak perempuan yang berkembang dari zigot akan mempunyai gabungan ciri-ciri baru. Dalam erti kata lain, semasa pembiakan seksual, bentuk gabungan kebolehubahan keturunan organisma berlaku, yang memastikan penyesuaian spesies kepada perubahan keadaan persekitaran dan mewakili faktor penting dalam evolusi. Ini adalah kelebihan ketara pembiakan seksual berbanding pembiakan aseksual.
Keupayaan organisma hidup untuk membiak sendiri adalah berdasarkan sifat unik asid nukleik untuk pembiakan dan fenomena sintesis matriks, yang mendasari pembentukan molekul dan protein asid nukleik. Pembiakan sendiri pada peringkat molekul menentukan kedua-dua pelaksanaan metabolisme dalam sel dan pembiakan sendiri sel itu sendiri. Pembahagian sel (pembiakan sendiri sel) mendasari perkembangan individu organisma multisel dan pembiakan semua organisma. Pembiakan organisma memastikan pembiakan sendiri semua spesies yang mendiami Bumi, yang seterusnya menentukan kewujudan biogeocenoses dan biosfera.

Keturunan dan kebolehubahan

Keturunan menyediakan kesinambungan bahan (aliran maklumat genetik) antara generasi organisma. Ia berkait rapat dengan pembiakan pada peringkat molekul, subsel dan selular. Maklumat genetik yang menentukan kepelbagaian sifat keturunan disulitkan dalam struktur molekul DNA (dalam RNA untuk sesetengah virus). Gen mengekod maklumat tentang struktur protein tersintesis, enzimatik dan struktur. Kod genetik ialah sistem untuk "merekod" maklumat tentang urutan asid amino dalam protein yang disintesis menggunakan urutan nukleotida dalam molekul DNA.
Set semua gen organisma dipanggil genotip, dan set ciri dipanggil fenotip. Fenotip bergantung kepada kedua-dua genotip dan pada faktor persekitaran dalaman dan luaran yang mempengaruhi aktiviti gen dan menentukan proses tetap. Penyimpanan dan penghantaran maklumat keturunan dijalankan dalam semua organisma dengan bantuan asid nukleik; kod genetik adalah sama untuk semua makhluk hidup di Bumi, i.e. ia adalah universal. Terima kasih kepada keturunan, sifat diwarisi dari generasi ke generasi yang memastikan penyesuaian organisma kepada persekitaran mereka.
Jika semasa pembiakan organisma hanya kesinambungan tanda dan sifat sedia ada yang ditunjukkan, maka dengan latar belakang perubahan keadaan persekitaran kewujudan organisma akan menjadi mustahil, kerana syarat yang diperlukan untuk kehidupan organisma adalah kebolehsesuaian mereka dengan keadaan mereka. persekitaran. Terdapat kebolehubahan dalam kepelbagaian organisma yang tergolong dalam spesies yang sama. Kebolehubahan boleh berlaku dalam organisma individu semasa perkembangan individu mereka atau dalam kumpulan organisma dalam beberapa siri generasi semasa pembiakan.
Terdapat dua bentuk utama kebolehubahan, berbeza dalam mekanisme kejadian, sifat perubahan ciri dan, akhirnya, kepentingannya untuk kewujudan organisma hidup - genotip (keturunan) dan pengubahsuaian (bukan keturunan).
Kebolehubahan genotip dikaitkan dengan perubahan dalam genotip dan membawa kepada perubahan dalam fenotip. Kebolehubahan genotip mungkin berdasarkan mutasi (mutasi kebolehubahan) atau gabungan gen baru yang timbul semasa proses persenyawaan semasa pembiakan seksual. Dalam bentuk mutasi, perubahan dikaitkan terutamanya dengan kesilapan semasa replikasi asid nukleik. Oleh itu, muncul gen baru yang membawa maklumat genetik baharu; tanda-tanda baru muncul. Dan jika watak-watak yang baru muncul berguna kepada organisma dalam keadaan tertentu, maka mereka "diambil" dan "ditetapkan" oleh pemilihan semula jadi. Oleh itu, kebolehsuaian organisma kepada keadaan persekitaran, kepelbagaian organisma adalah berdasarkan kebolehubahan keturunan (genotip), dan prasyarat untuk evolusi positif dicipta.
Dengan kebolehubahan bukan keturunan (mengubah suai), perubahan dalam fenotip berlaku di bawah pengaruh faktor persekitaran dan tidak dikaitkan dengan perubahan dalam genotip. Pengubahsuaian (perubahan ciri semasa kebolehubahan pengubahsuaian) berlaku dalam had norma tindak balas, yang berada di bawah kawalan genotip. Pengubahsuaian tidak diteruskan kepada generasi seterusnya. Kepentingan kebolehubahan pengubahsuaian ialah ia memastikan kebolehsesuaian organisma kepada faktor persekitaran semasa hayatnya.

Perkembangan individu organisma

Semua organisma hidup dicirikan oleh proses perkembangan individu - ontogenesis. Secara tradisinya, ontogeni difahami sebagai proses perkembangan individu organisma multiselular (dibentuk sebagai hasil pembiakan seksual) dari saat pembentukan zigot hingga kematian semula jadi individu. Oleh kerana pembahagian zigot dan generasi sel berikutnya, organisma multiselular terbentuk, yang terdiri daripada sejumlah besar jenis sel, pelbagai tisu dan organ. Pembangunan organisma adalah berdasarkan "program genetik" (tertanam dalam gen kromosom zigot) dan dijalankan di bawah keadaan persekitaran tertentu, yang secara signifikan mempengaruhi proses pelaksanaan maklumat genetik semasa kewujudan individu individu. Pada peringkat awal perkembangan individu, pertumbuhan intensif berlaku (peningkatan jisim dan saiz), disebabkan oleh pembiakan molekul, sel dan struktur lain, dan pembezaan, i.e. kemunculan perbezaan dalam struktur dan komplikasi fungsi.
Di semua peringkat ontogenesis, pelbagai faktor persekitaran (suhu, graviti, tekanan, komposisi makanan dari segi kandungan unsur kimia dan vitamin, pelbagai agen fizikal dan kimia) mempunyai pengaruh pengawalseliaan yang ketara terhadap perkembangan badan. Mengkaji peranan faktor-faktor ini dalam proses perkembangan individu haiwan dan manusia adalah sangat penting secara praktikal, meningkat apabila kesan antropogenik terhadap alam semula jadi semakin meningkat. Dalam pelbagai bidang biologi, perubatan, perubatan veterinar dan sains lain, penyelidikan dijalankan secara meluas untuk mengkaji proses perkembangan normal dan patologi organisma dan untuk menjelaskan corak ontogenesis.

Kerengsaan

Sifat penting organisma dan semua sistem hidup ialah kerengsaan - keupayaan untuk melihat rangsangan (kesan) luaran atau dalaman dan bertindak balas dengan secukupnya kepada mereka. Dalam organisma, kerengsaan disertai dengan kompleks perubahan, dinyatakan dalam anjakan dalam metabolisme, potensi elektrik pada membran sel, parameter fizikokimia dalam sitoplasma sel, dalam tindak balas motor, dan haiwan yang sangat teratur dicirikan oleh perubahan dalam tingkah laku mereka.

4. Dogma Pusat Biologi Molekul - peraturan umum untuk pelaksanaan maklumat genetik yang diperhatikan dalam alam semula jadi: maklumat dihantar daripada asid nukleik Kepada tupai, tetapi tidak ke arah yang bertentangan. Peraturan itu digubal Francis Crick V 1958 tahun dan selaras dengan data terkumpul pada masa itu dalam 1970 tahun. Pemindahan maklumat genetik daripada DNA Kepada RNA dan dari RNA ke tupai adalah universal untuk semua organisma selular tanpa pengecualian; ia mendasari biosintesis makromolekul. Replikasi genom sepadan dengan DNA peralihan maklumat → DNA. Secara semula jadi, terdapat juga peralihan RNA → RNA dan RNA → DNA (contohnya, dalam beberapa virus), serta perubahan konformasi protein dipindahkan dari molekul ke molekul.

Kaedah sejagat untuk menghantar maklumat biologi

Dalam organisma hidup terdapat tiga jenis heterogen, iaitu, terdiri daripada monomer polimer yang berbeza - DNA, RNA dan protein. Pemindahan maklumat antara mereka boleh dijalankan dalam 3 x 3 = 9 cara. Dogma Pusat membahagikan 9 jenis pemindahan maklumat ini kepada tiga kumpulan:

Umum - terdapat dalam kebanyakan organisma hidup;

Istimewa - ditemui sebagai pengecualian, dalam virus dan pada unsur genom mudah alih atau dalam keadaan biologi eksperimen;

Tidak diketahui - tidak ditemui.

Replikasi DNA (DNA → DNA)

DNA ialah cara utama penghantaran maklumat antara generasi organisma hidup, jadi duplikasi (replikasi) DNA yang tepat adalah sangat penting. Replikasi dijalankan oleh kompleks protein yang berehat kromatin, kemudian heliks berganda. Selepas ini, polimerase DNA dan protein yang berkaitan membina salinan yang sama pada setiap dua rantai.

Transkripsi (DNA → RNA)

Transkripsi ialah proses biologi akibatnya maklumat yang terkandung dalam bahagian DNA disalin ke molekul yang disintesis RNA utusan. Transkripsi dijalankan faktor transkripsi Dan RNA polimerase. DALAM sel eukariotik transkrip utama (pra-mRNA) sering diedit. Proses ini dipanggil penyambungan.

Terjemahan (RNA → protein)

mRNA matang dibaca ribosom semasa siaran. DALAM prokariotik Dalam sel, proses transkripsi dan terjemahan tidak dipisahkan secara spatial, dan proses ini digabungkan. DALAM eukariotik tapak sel transkripsi nukleus sel dipisahkan dari lokasi penyiaran ( sitoplasma) membran nuklear, jadi mRNA diangkut dari nukleus ke dalam sitoplasma. mRNA dibaca oleh ribosom dalam bentuk tiga nukleotida"perkataan". Kompleks faktor permulaan Dan faktor pemanjangan menyampaikan aminoasilat memindahkan RNA kepada kompleks mRNA-ribosom.

Terdapat 8 daripadanya kesemuanya Apakah yang mendasari pembahagian alam hidup kepada peringkat? Hakikatnya ialah pada setiap peringkat terdapat sifat-sifat tertentu. Setiap peringkat seterusnya semestinya mengandungi yang sebelumnya atau semua yang sebelumnya. Mari kita lihat setiap peringkat secara terperinci:

1. Tahap molekul organisasi alam hidup

· Bahan organik dan bukan organik,

proses sintesis dan pemecahan bahan-bahan ini,

pembebasan dan penyerapan tenaga

Ini semua proses kimia yang berlaku di dalam mana-mana sistem hidup. Tahap ini tidak boleh dipanggil "hidup" 100%. Ini agak "tahap kimia" - oleh itu ia adalah yang pertama, yang paling rendah daripada semua. Tetapi tahap inilah yang membentuk asas pembahagian Alam Hidup kepada kerajaan - mengikut nutrien rizab: dalam tumbuhan - karbohidrat, dalam kulat - kitin, dalam haiwan - protein.

· Biokimia

· Biologi molekul

· Genetik molekul

2. Tahap selular organisasi alam hidup

Termasuk tahap molekul organisasi. Pada tahap ini, "sistem biologi terkecil yang tidak boleh dibahagikan—sel"—sudah muncul. Metabolisme dan tenaga anda. Organisasi dalaman sel ialah organelnya. Proses kehidupan - asal, pertumbuhan, pembiakan diri (pembahagian)

Sains yang mengkaji tahap selular organisasi:

Sitologi

· (Genetik)

· (Embriologi)

Sains yang mengkaji tahap ini ditunjukkan dalam kurungan, tetapi ini bukan objek utama kajian.

3. Tahap tisu organisasi

Termasuk tahap molekul dan selular. Tahap ini boleh dipanggil "multiselular" - selepas semua, tisu adalah koleksi sel dengan struktur yang serupa dan melakukan fungsi yang sama.

Sains yang mengkaji tahap tisu organisasi - histologi.

4. Tahap organ organisasi kehidupan

Dalam organisma unisel, ini adalah organel - masing-masing mempunyai struktur dan fungsinya sendiri

Dalam organisma multiselular, ini adalah organ yang bersatu menjadi sistem dan berinteraksi dengan jelas antara satu sama lain.

Kedua-dua peringkat ini - tisu dan organ - dikaji oleh sains:

Botani - tumbuhan,

Zoologi - haiwan,

Anatomi - manusia

· Fisiologi

· (ubat)

5. Tahap organisma

Termasuk tahap molekul, selular, tisu dan organ.

Pada tahap ini, alam hidup sudah dibahagikan kepada kerajaan - tumbuhan, kulat dan haiwan.

Sifat tahap ini:

· Metabolisme (dan pada peringkat selular juga - anda lihat, setiap peringkat mengandungi yang sebelumnya!)

· Struktur badan

· Pemakanan

Homeostasis - ketekalan persekitaran dalaman

· Pembiakan

Interaksi antara organisma

· Interaksi dengan persekitaran

Anatomi

· Genetik

· Morfologi

· Fisiologi

6. Tahap populasi-spesies organisasi kehidupan

Termasuk tahap molekul, selular, tisu, organ dan organisma.

Jika beberapa organisma adalah serupa secara morfologi (dengan kata lain, mereka mempunyai struktur yang sama) dan mempunyai genotip yang sama, maka mereka membentuk satu spesies atau populasi.

Proses utama pada tahap ini:

Interaksi organisma antara satu sama lain (sama ada persaingan atau pembiakan)

mikroevolusi (perubahan dalam badan di bawah pengaruh keadaan luaran)

Sains yang mempelajari tahap ini:

· Genetik

· Evolusi

Ekologi

7. Tahap biogeocenotic organisasi kehidupan (daripada perkataan biogeocenosis)

Pada peringkat ini, hampir semuanya telah diambil kira:

Interaksi organisma antara satu sama lain - rantai dan rangkaian makanan

Interaksi organisma antara satu sama lain - persaingan dan pembiakan

Pengaruh persekitaran terhadap organisma dan, dengan itu, pengaruh organisma ke atas habitatnya

Ilmu yang mengkaji tahap ini ialah Ekologi.

8. Tahap biosfera organisasi alam hidup (tahap terakhir adalah yang tertinggi!)

Ia termasuk:

· Interaksi komponen hidup dan bukan hidup alam semula jadi

· Biogeosenosis

· Pengaruh manusia - "faktor antropogenik"

· Kitaran bahan dalam alam semula jadi

Dan mengkaji semua ini - Ekologi!

Dunia saintifik mula bercakap tentang sel hampir sejurus selepas penciptaan mikroskop.

Dengan cara ini, kini terdapat beberapa jenis mikroskop:

Mikroskop optik - pembesaran maksimum - ~2000 kali (anda boleh melihat beberapa mikroorganisma, sel (tumbuhan dan haiwan), kristal, dsb.

Mikroskop elektron - pembesaran sehingga 106 kali ganda. Anda sudah boleh mengkaji zarah kedua-dua sel dan molekul - ini sudah menjadi tahap mikrostruktur

Saintis pertama yang dapat melihat sel (secara semula jadi, melalui mikroskop) ialah Robert Hooke(1665) - dia mengkaji struktur selular terutamanya tumbuhan.

Tetapi buat pertama kalinya saya mula bercakap tentang organisma bersel tunggal - bakteria, ciliates A. Van Leeuwenhoek(1674 g)

La Marque(1809) sudah mula bercakap tentang teori sel

Nah, sudah pada pertengahan abad ke-19, M. Schleiden dan T. Schwann merumuskan teori sel, yang kini diterima umum di seluruh dunia.

Semua organisma adalah selular kecuali virus

sel- unit asas struktur dan aktiviti penting semua organisma, mempunyai metabolisme sendiri, mampu kewujudan bebas, pembiakan diri dan pembangunan. Semua organisma hidup sama ada, seperti haiwan multiselular, tumbuhan dan kulat, terdiri daripada banyak sel, atau, seperti banyak protozoa dan bakteria, adalah organisma bersel tunggal. Cabang biologi yang mengkaji struktur dan fungsi sel dipanggil sitologi. Baru-baru ini, ia juga menjadi perkara biasa untuk bercakap tentang biologi sel, atau biologi sel.

sel ialah organisma mini. Dia mempunyai "organ" sendiri - organoid. Organel utama sel ialah nukleus. Atas dasar ini, semua organisma hidup dibahagikan kepada EUKARYOTIC ("karyo" - nukleus) - mengandungi nukleus dan PROKARIOTIC ("pro" - do) - pranuklear (tanpa nukleus)

Peruntukan teori sel Schleiden-Schwann

1. Semua haiwan dan tumbuhan terdiri daripada sel.

2. Tumbuhan dan haiwan tumbuh dan berkembang melalui kemunculan sel baru.

3. Sel ialah unit terkecil makhluk hidup, dan keseluruhan organisma ialah himpunan sel.

Peruntukan asas teori sel moden

· Sel ialah unit struktur, aktiviti penting, pertumbuhan dan perkembangan organisma hidup tidak ada kehidupan di luar sel.

· Sel ialah sistem tunggal yang terdiri daripada banyak unsur yang saling berkaitan secara semula jadi antara satu sama lain, mewakili pembentukan kamiran tertentu.

· Nukleus ialah komponen utama sel (eukariota).

· Sel baru terbentuk hanya hasil daripada pembahagian sel asal.

· Sel-sel organisma multisel membentuk tisu, tisu membentuk organ. Kehidupan organisma secara keseluruhannya ditentukan oleh interaksi sel konstituennya.

Organoid utama sel adalah komponen yang wujud dalam semua sel organisma hidup - "komposisi umum":

· nukleus: nukleolus sampul surat;

· membran plasma;

· retikulum endoplasmic;

· sentriol;

· Kompleks Golgi;

· lisosom;

· vakuol;

· mitokondria.

Asid nukleik terdapat dalam sel-sel mana-mana organisma sama sekali. Malah virus.

"Nukleo" - "nukleus" - terutamanya terdapat dalam nukleus sel, tetapi juga terdapat dalam sitoplasma dan organoid lain. Terdapat dua jenis asid nukleik: DNA dan RNA

DNA - asid deoksiribonukleik

RNA - asid ribonukleik

Molekul ini adalah polimer; monomer adalah nukleotida - sebatian yang mengandungi bes nitrogen.

Nukleotida DNA: A - adenine, T - timin, C - sitosin, G - guanin

Nukleotida RNA: A - adenine, U - uracil, C - sitosin, G - guanin

Seperti yang anda lihat, tidak ada timin dalam RNA, ia digantikan oleh uracil - U

Sebagai tambahan kepada mereka, nukleotida termasuk:

karbohidrat: deoksiribosa - dalam DNA, ribosa - dalam RNA. Fosfat dan gula - adalah sebahagian daripada kedua-dua molekul

Ini adalah struktur utama molekul

Struktur sekunder ialah bentuk molekul. DNA ialah heliks berganda, RNA ialah molekul panjang "tunggal".

Fungsi asas asid nukleik

Kod genetik ialah urutan nukleotida dalam molekul DNA. Ini adalah asas bagi mana-mana organisma; sebenarnya, ia adalah maklumat tentang organisma itu sendiri (seperti nama penuh seseorang, yang mengenal pasti seseorang - ini adalah urutan huruf, atau urutan nombor - siri pasport).

Jadi, fungsi asas asid nukleik- dalam penyimpanan, pelaksanaan dan penghantaran maklumat keturunan "dirakam" dalam molekul dalam bentuk urutan nukleotida tertentu.

Pembahagian sel adalah sebahagian daripada proses hidup mana-mana organisma hidup. Semua sel baru terbentuk daripada sel (ibu) lama. Ini adalah salah satu peruntukan utama teori sel. Tetapi terdapat beberapa jenis pembahagian yang secara langsung bergantung kepada sifat sel-sel ini.

Pembahagian sel prokariotik

Bagaimanakah sel prokariotik berbeza daripada sel eukariotik? Perbezaan yang paling penting ialah ketiadaan teras (yang sebenarnya mengapa ia dipanggil itu). Ketiadaan nukleus bermakna DNA hanya tinggal dalam sitoplasma.

Prosesnya kelihatan seperti ini:

Replikasi DNA (penduaan) ---> sel memanjang ---> septum melintang terbentuk ---> sel terpisah dan bergerak berasingan

Pembahagian sel eukariotik

Kehidupan mana-mana sel terdiri daripada 3 peringkat: pertumbuhan, persediaan untuk pembahagian dan, sebenarnya, pembahagian.

Bagaimana anda bersedia untuk pembahagian?

Pertama, protein disintesis

· kedua, semua komponen penting sel digandakan supaya setiap sel baru mempunyai keseluruhan set organel yang diperlukan untuk kehidupan.

· Ketiga, molekul DNA berganda dan setiap kromosom mensintesis salinan dirinya. Kromosom berganda = 2 kromatid (masing-masing mempunyai molekul DNA).

Tempoh persediaan untuk khayalan ini dipanggil INTERPHASE.