Розділ 13. І ЗНОВУ ПРО ЖИВУ І НЕЖИВУ МАТЕРІЮ Усі відкриття та висновки про збереження енергії та зростання ентропії, про вільну енергію та каталіз були отримані на основі вивчення неживого світу. Усю першу половину книги я описував і пояснював ці механізми лише для того,

РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Жива природа є цілісною, але неоднорідною системою, якою властива ієрархічна організація.Під системою,у науці розуміють єдність, чи цілісність, складене з безлічі елементів, що у закономірних відносинах і зв'язках друг з одним. Головні біологічні категорії, такі як геном (генотип), клітина, організм, популяція, біогеоценоз, біосфера, являють собою системи. Ієрархічноїназивається система, в якій частини або елементи розташовані в порядку від нижчого до вищого. Так, у живій природі біосфера складається з біогеоценозів, представлених популяціями організмів різних видів, а тіла організмів мають клітинну будову.

Ієрархічний принцип організації дозволяє виділити в живій природі окремі рівні,що зручно з погляду вивчення життя як складного природного явища.

У медико-біологічній науці широко використовують класифікацію рівніввідповідно до найважливіших частин, структур і компонентів організму, які є для дослідників різних спеціальностей безпосередніми об'єктами вивчення. Такими об'єктами можуть бути організм як такий, органи, тканини, клітини, внутрішньоклітинні структури, молекули. Виділення рівнів аналізованої класифікації добре узгоджується з роздільною здатністю методів, якими користуються біологи та лікарі: вивчення об'єкта неозброєним оком, за допомогою лупи, світлооптичного мікроскопа, електронного мікроскопа, сучасних фізико-хімічних методів. Очевидна зв'язок цих рівнів і з типовими розмірами біологічних об'єктів, що вивчаються (табл. 1.1).

Таблиця 1.1. рівня організації (вивчення), що виділяються в багатоклітинному організмі (за Е. Дс. Робертсу та ін, 1967, зі змінами)

Взаємопроникнення ідей та методів різних областей природознавства (фізики, хімії, біології), виникнення наук на стику цих областей (біофізика, біохімія, молекулярна біологія) спричинили розширення класифікації, аж до виділення молекулярного та електронно-атомного рівнів. Медико-біологічні дослідження, які проводяться на цих рівнях, вже зараз дають практичний вихід у охорону здоров'я. Так, прилади, засновані на явищах електронного парамагнітного та ядерного магнітного резонансу, успішно застосовують для діагностики захворювань і станів організму.

Можливість дослідити фундаментальні біологічні процеси, що відбуваються в організмі, на клітинному, субклітинному і навіть молекулярному рівнях є визначною, але не єдиною відмінністю сучасної біології. Для неї типовий поглиблений інтерес до процесів у спільнотах організмів, що визначають планетарну роль життя.

Таким чином, класифікація поповнилася надорганізмними рівнями, такими як видовий, біогеоценотичний, біосферний.

Розібраної вище класифікації дотримується більшість конкретних медико-біологічних та антропобіологічних наук. Це не дивно, оскільки вона відображає рівні організації живої природи через рівні її вивчення, що склалися. У завдання курсу біології медичного вузу входить найбільш повну характеристику біологічного «спадщини» людей. Для вирішення цього завдання доцільно скористатися класифікацією, що найбільш близько відображає саме рівні організації життя.

У названій класифікації виділяються молекулярно-генетичний, клітинний, організмовий, або онтогенетичний, популяційно-видовий, біогеоценотичний рівні. Особливість даної класифікації полягає в тому, що окремі рівні ієрархічної системи життя визначаються в ній на загальній основі виділення для кожного рівня. елементарної одиниціі елементарного явищаЕлементарна одиниця - це структура або об'єкт, закономірні зміни яких, що позначаються як елементарне явище, складають специфічний для відповідного рівня внесок у процес збереження та розвитку життя. Відповідність рівнів, що виділяються вузловим моментам еволюційного процесу, поза яким не стоїть жодна жива істота, робить їх загальними, що поширюються на всю область життя, включаючи людину.

Елементарною одиницею на молекулярно-генетичному рівніслужить ген - фрагмент молекули нуклеїнової кислоти, в якому записаний певний у якісному та кількісному відношенні обсяг біологічної (генетичної) інформації. Елементарне явище полягає насамперед у процесі конваріантної редуплікації,або самовідтворення, з можливістю деяких змін у змісті закодованої в гені інформації. Шляхом редуплікації ДНК відбувається копіювання укладеної в генах біологічної інформації, що забезпечує наступність та збереження (консерватизм) властивостей організмів у ряді поколінь. p align="justify"> Редуплікація, таким чином, є основою спадковості.

Через обмежену стабільність молекул або помилок синтезу в ДНК (іноді, але неминуче) трапляються порушення, які змінюють інформацію генів. У наступній редуплікації ДНК ці зміни відтворюються в молекулах-копіях та успадковуються організмами дочірнього покоління. Зазначені зміни виникають і тиражуються закономірно, що робить редуплікацію ДНК конваріантної, тобто. що відбувається іноді з деякими змінами. Такі зміни у генетиці отримали назву генних(або дійсних) мутацій.Конваріантність редуплікації, таким чином, є основою мутаційної мінливості.

Біологічна інформація, що полягає в молекулах ДНК, не бере участі безпосередньо у процесах життєдіяльності. Вона перетворюється на діючу форму, будучи перенесена в молекули білків. Зазначене перенесення здійснюється завдяки механізму матричного синтезу,в якому вихідна ДНК служить, як і у випадку з редуплікацією, матрицею (формою), але для утворення дочірньої молекули ДНК, а матричної РНК, що контролює біосинтез білків. Зазначене дає підставу зарахувати матричний синтез інформаційних макромолекул також елементарного явища на молекулярно-генетичному рівні організації життя.

Втілення біологічної інформації у конкретні процеси життєдіяльності потребує спеціальних структур, енергії та різноманітних хімічних речовин (субстратів). Описані вище умови в живій природі забезпечує клітина, яка є елементарною структурою клітинного рівня.Елементарне явище представлене реакціями клітинного метаболізму,складовими основи потоків енергії, речовин та інформації. Завдяки діяльності клітини речовини, що надходять ззовні, перетворюються на субстрати та енергію, які використовуються (відповідно до наявної генетичної інформації) у процесі біосинтезу білків та інших сполук, необхідних організму. Таким чином, на клітинному рівні сполучаються механізми передачі біологічної інформації та перетворення речовин та енергії. Елементарне явище на цьому рівні служить енергетичною та речовою основою життя на всіх інших рівнях її організації.

Елементарною одиницею організмі/того рівняє особинау її розвитку від моменту зародження до припинення існування як жива система, що дозволяє також назвати цей рівень онтогенетичним.Закономірні зміни організму в індивідуальному розвитку становлять елементарне явище цього рівня. Ці зміни забезпечують зростання організму, диференціацію його частин і водночас інтеграцію розвитку на єдине ціле, спеціалізацію клітин, органів прокуратури та тканин. В ході онтогенезу в певних умовах довкілля відбувається втілення спадкової інформації в біологічні структури та процеси, на основі генотипу формується фенотип організмів даного виду.

Елементарною одиницею популяційно-видового рівняслужить популяція -сукупність особин одного виду. Об'єднання особин у популяцію відбувається завдяки спільності генофонду,використовуваного у процесі статевого розмноження до створення генотипів особин наступного покоління. Популяція через можливість міжпопуляційних схрещувань є відкриту генетичну систему.Дія на генофонд популяції елементарних еволюційних чинників, як-от мутаційний процес, коливання чисельності особин, природний відбір, призводить до еволюційно значимих змін генофонду, які представляють елементарні явища цьому рівні.

Організми одного виду населяють територію з відомими абіотичними показниками (клімат, хімізм ґрунтів, гідрологічні умови) та взаємодіють з організмами інших видів. У процесі спільного історичного розвитку на певній території організмів різних систематичних груп утворюються динамічні, стійкі у часі спільноти. біогеоценози,які є елементарною одиницею біогеонотичного(екосистемного) рівня.Елементарне явище на аналізованому рівні представлено потоками енергії та кругообігами речовин. Провідна роль цих кругообігах і потоках належить живим організмам. Біогеоценоз - це відкрита в речовинному та енергетичному плані система. Біогеоценози, розрізняючись за видовим складом і характеристиками своєї абіотичної частини, об'єднані на планеті в єдиний комплекс - область поширення життя, або біосферу.

Наведені вище рівні відбивають найважливіші біологічні явища, без яких неможливі еволюція і, отже, існування життя. Хоча елементарні одиниці і явища на рівнях, що виділяються різні, всі вони тісно взаємопов'язані, вирішуючи своє специфічне завдання в рамках єдиного еволюційного процесу. З конваріантною редуплікацією на молекулярно-генетичному рівні пов'язані елементарні основи цього процесу у вигляді явищ спадковості та справжньої мутаційної мінливості. Особлива роль клітинного рівня полягає в енергетичному, речовому та інформаційному забезпеченні того, що відбувається на всіх інших рівнях. На онтогенетичному рівні біологічна інформація, що знаходиться в генах, перетворюється на комплекс ознак та властивостей організму. Фенотип, що виникає таким чином, стає доступним дії природного відбору. На популяційно-видовому рівні визначається еволюційна цінність змін, що належать до молекулярно-генетичного, клітинного та онтогенетичного рівнів. Специфічна роль біогеонототичного рівня полягає в освіті угруповань організмів різних видів, пристосованих до спільного проживання в певному середовищі проживання. Важливою відмінністю таких співтовариств є їх стійкість у часі.

Розглянуті рівні відбивають загальну структуру еволюційного процесу, закономірним результатом якого є людина. Тому типові для цих рівнів елементарні структури та явища поширюються і на людей, щоправда, з деякими особливостями через їх соціальну сутність.

Молекулярно-генетичний. Елементарна одиниця організації – ген. Елементарне явище – редуплікація ДНК, перенесення генетичної інформації до дочірньої клітини. Молекулярний рівень організації життя предмет вивчення молекулярної біології. Вона вивчає будову білків, їх функції (зокрема як ферментів), роль нуклеїнових кислот у зберіганні, реплікації та її реалізації генетичної інформації, тобто. процеси синтезу ДНК, РНК, білків

Клітинний рівень.Цей рівень організації живого представлений клітинами – самостійними організмами (бактерії, найпростіші та інших.), і навіть клітинами багатоклітинних організмів. Найголовніша специфічна характеристика клітинного рівня у тому, що з цього рівня починається життя, оскільки що виникає на молекулярному рівні матричний синтез відбувається у клітинах. Будучи здатними до життя, зростання та розмноження, клітини є основною формою організації живої матерії, її елементарними одиницями, з яких побудовано всі живі істоти. Характерною особливістю клітинного рівня є спеціалізація клітин. На клітинному рівні відбувається розмежування та впорядкування процесів життєдіяльності у просторі та часі.

Тканинний рівень.Тканина – сукупність клітин, що мають загальне походження, подібну будову та виконують однакові функції. У ссавців, наприклад, виділяють чотири основні типи тканин: епітеліальна, сполучна, м'язова та нервова.

Організмальний (онтогенетичний) рівень.На организменном рівні вивчають особину і властиві їй як цілому риси будови, фізіологічні процеси, зокрема диференціювання, механізми адаптації та поведінки. Елементарна неподільна одиниця організації життя цьому рівні – особина. Життя завжди представлене у вигляді дискретних індивідуумів. Це може бути і одноклітинні індивідууми, і багатоклітинні, що з мільйонів і мільярдів клітин.

Популяційно-видовий рівень.Основний елементарної, структурної одиницею цьому рівні є населення. Населення– локальна, географічно відокремлена у тому чи іншою мірою з інших група особин одного виду, вільно схрещуються друг з одним і мають загальний їм генетичний фонд. Елементарне явище популяційно-видового рівня – зміна генотипного складу популяції, а елементарний матеріал – мутація. На популяційно-видовому рівні вивчають чинники, що впливають чисельність популяцій, проблеми збереження видів, динаміку генетичного складу популяцій.

Біоценотичний рівень.Населення різних видів завжди утворюють у біосфері Землі складні спільноти. Такі спільноти у конкретних ділянках біосфери називають біоценозами. Біоценоз- Комплекс, що складається з рослинного співтовариства (фітоценозу), що населяє його тваринного світу (зооценозу), мікроорганізмів та відповідної ділянки земної поверхні. Усі компоненти біоценозу пов'язані між собою кругообігом речовин. Біоценоз - продукт спільного історичного розвитку видів, що відрізняються за систематичним становищем.

Розрізняють такі рівні організації живої матерії – рівні біологічної організації: молекулярний, клітинний, тканинний, органний, організмовий, популяційно-видовий та екосистемний.

Молекулярний рівень організації – це рівень функціонування біологічних макромолекул – біополімерів: нуклеїнових кислот, білків, полісахаридів, ліпідів, стероїдів. З цього рівня починаються найважливіші процеси життєдіяльності: обмін речовин, перетворення енергії, передача спадкової інформації. Цей рівень вивчають біохімія, молекулярна генетика, молекулярна біологія, генетика, біофізика.

Клітинний рівень- це рівень клітин (клітин бактерій, ціанобактерій, одноклітинних тварин та водоростей, одноклітинних грибів, клітин багатоклітинних організмів). Клітина – це структурна одиниця живого, функціональна одиниця, одиниця розвитку. Цей рівень вивчають цитологія, цітохімія, цитогенетика, мікробіологія.

Тканинний рівень організації - це рівень, на якому вивчається будова та функціонування тканин. Досліджується цей рівень гістологією та гістохімією.

Органний рівень організації- Це рівень органів багатоклітинних організмів. Вивчають цей рівень анатомію, фізіологію, ембріологію.

Організмальний рівень організації - це рівень одноклітинних, колоніальних та багатоклітинних організмів. Специфіка організмового рівня в тому, що на цьому рівні відбувається декодування та реалізація генетичної інформації, формування ознак, властивих особам цього виду. Цей рівень вивчається морфологією (анатомією та ембріологією), фізіологією, генетикою, палеонтологією.

Популяційно-видовий рівень - це рівень сукупностей особин - популяційі видів. Цей рівень вивчається систематикою, таксономією, екологією, біогеографією, генетикою популяцій. На цьому рівні вивчаються генетичні та екологічні особливості популяцій, елементарні еволюційні факторита їх вплив на генофонд (мікроеволюція), проблема збереження видів.

Екосистемний рівень організації - Це рівень мікроекосистем, мезоекосистем, макроекосистем. На цьому рівні вивчаються типи харчування, типи взаємин організмів та популяцій в екосистемі, чисельність популяцій, динаміка чисельності популяцій, щільність популяцій, продуктивність екосистем, сукцесії Цей рівень вивчає екологія.

Виділяють також біосферний рівень організаціїживої матерії. Біосфера – це гігантська екосистема, що займає частину географічної оболонки Землі. Це мега-екосистема. У біосфері відбувається кругообіг речовин та хімічних елементів, а також перетворення сонячної енергії.
2. Фундаментальні властивості живої матерії

Обмін речовин (метаболізм)

Обмін речовин (метаболізм) - сукупність хімічних перетворень, що протікають в живих системах, що забезпечують їх життєдіяльність, зростання, відтворення, розвиток, самозбереження, постійний контакт з навколишнім середовищем, здатність адаптуватися до неї та її змін. У процесі обміну речовин відбувається розщеплення та синтез молекул, що входять до складу клітин; утворення, руйнування та оновлення клітинних структур та міжклітинної речовини. В основі метаболізму лежать взаємопов'язані процеси асиміляції (анаболізм) та дисиміляції (катаболізм). Асиміляція - процеси синтезу складних молекул із простих із витрачанням енергії, запасеної в ході дисиміляції (а також накопичення енергії при відкладенні запас синтезованих речовин). Дисиміляція – процеси розщеплення (анаеробного чи аеробного) складних органічних сполук, необхідної для здійснення життєдіяльності організму.
На відміну від тіл неживої природи обмін із довкіллям для живих організмів є умовою існування. У цьому відбувається самооновлення. Процеси обміну речовин, що протікають усередині організму, об'єднані в метаболічні каскади та цикли хімічними реакціями, які суворо упорядковані у часі та просторі. Узгоджене перебіг великої кількості реакцій у малому обсязі досягається шляхом упорядкованого розподілу окремих ланок обміну речовин у клітині (принцип компартменталізації). Процеси обміну речовин регулюються за допомогою біокаталізаторів – спеціальних білків-ферментів. Кожен фермент має субстратну специфічність каталізувати перетворення лише одного субстрату. В основі цієї специфічності лежить своєрідне "впізнавання" субстрату ферментом. Ферментативний каталіз відрізняється від небіологічного надзвичайно високою ефективністю, внаслідок чого швидкість відповідної реакції підвищується в 1010 – 1013 разів. Кожна молекула ферменту здатна здійснювати від кількох тисяч до кількох мільйонів операцій на хвилину, не руйнуючись у участі у реакціях. Ще одна характерна відмінність ферментів від небіологічних каталізаторів полягає в тому, що ферменти здатні прискорювати реакції за звичайних умов (атмосферний тиск, температура тіла організму тощо).
Всі живі організми можуть бути поділені на дві групи - автотрофи та гетеротрофи, що відрізняються джерелами енергії та необхідних речовин для своєї життєдіяльності.
Автотрофи - організми, що синтезують з неорганічних речовин органічні сполуки з використанням енергії сонячного світла (фотосинтетики - зелені рослини, водорості, деякі бактерії) або енергії, одержуваної при окисленні неорганічного субстрату (хемосинтетики - сіро-, залізобактерії та інші), Автотрофні організми здатні синтезувати усі компоненти клітини. Роль фотосинтезуючих автотрофів у природі є визначальною - будучи первинним продуцентом органічної речовини в біосфері, вони забезпечують існування всіх інших організмів та перебіг біогеохімічних циклів у кругообігу речовин на Землі.
Гетеротрофи (всі тварини, гриби, більшість бактерій, деякі безхлорофільні рослини) - організми, які потребують свого існування в готових органічних речовинах, які, надходячи як їжа, служать як джерелом енергії, так і необхідним "будівельним матеріалом". Характерною рисою гетеротрофів є у них амфіболізму, тобто. процесу утворення дрібних органічних молекул (мономерів), що утворюються під час перетравлення їжі (процес деградації складних субстратів). Такі молекули - мономери застосовуються для збирання власних складних органічних сполук.

Самовідтворення (репродукція)

Здатність до розмноження (відтворення собі подібних, самовідтворення) відноситься до однієї з фундаментальних властивостей живих організмів. Розмноження необхідно у тому, щоб забезпечити безперервність існування видів, т.к. тривалість життя окремого організму обмежена. Розмноження з надлишком компенсує втрати, зумовлені природним відмиранням особин і таким чином підтримує збереження виду в ряду поколінь особин. У процесі еволюції живих організмів відбувалася еволюція методів розмноження. Тому в існуючих численних і різноманітних видів живих організмів ми виявляємо різні форми розмноження. Багато видів організмів поєднують кілька способів розмноження. Необхідно виділити два типи розмноження організмів, що принципово відрізняються, - безстатеве (первинний і більш древній тип розмноження) і статеве.
У процесі безстатевого розмноження нова особина утворюється із однієї чи групи клітин (у багатоклітинних) материнського організму. За всіх форм безстатевого розмноження нащадки мають генотип (сукупність генів) ідентичний материнському. Отже, все потомство одного материнського організму виявляється генетично однорідним і дочірні особини мають однаковий комплекс ознак.
При статевому розмноженні нова особина розвивається із зиготи, що утворюється шляхом злиття двох спеціалізованих статевих клітин (процес запліднення), що продукуються двома батьківськими організмами. Ядро в зиготі містить гібридний набір хромосом, що утворюється в результаті об'єднання наборів хромосом ядер гамет, що злилися. У ядрі зиготи, таким чином, створюється нова комбінація спадкових задатків (генів), привнесених однаково обома батьками. А дочірній організм, що розвивається із зиготи, матиме нове поєднання ознак. Іншими словами, при статевому розмноженні відбувається здійснення комбінативної форми спадкової мінливості організмів, що забезпечує пристосування видів до умов середовища, що змінюються і являє собою істотний фактор еволюції. У цьому полягає значна перевага статевого розмноження в порівнянні з безстатевим.
Здатність живих організмів до самовідтворення базується на унікальній властивості нуклеїнових кислот до репродукції та феномені матричного синтезу, що лежить в основі утворення молекул нуклеїнових кислот та білків. Самовідтворення на молекулярному рівні обумовлює як здійснення обміну речовин у клітинах, так і самовідтворення самих клітин. Клітинне розподіл (самовостворення клітин) лежить в основі індивідуального розвитку багатоклітинних організмів та відтворення всіх організмів. Розмноження організмів забезпечує самовідтворення всіх видів, що населяють Землю, що обумовлює існування біогеоценозів і біосфери.

Спадковість та мінливість

Спадковість забезпечує матеріальну наступність (потік генетичної інформації) між поколіннями організмів. Вона тісно пов'язана з репродукцією на молекулярному, субклітинному та клітинному рівнях. Генетична інформація, що визначає різноманітність спадкових ознак, зашифрована у молекулярній структурі ДНК (у деяких вірусів – у РНК). У генах закодована інформація про структуру синтезованих білків, ферментних та структурних. Генетичний код - це система "запису" інформації про послідовність розташування амінокислот у синтезованих білках за допомогою послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК.
Сукупність всіх генів організму називається генотипом, а сукупність ознак – фенотипом. Фенотип залежить як від генотипу, так і факторів внутрішнього та зовнішнього середовища, які впливають на активність генів та зумовлюють регулярні процеси. Зберігання і передачі спадкової інформації здійснюється в усіх організмів з допомогою нуклеїнових кислот, генетичний код єдиний всім живих істот Землі , тобто. він універсальний. Завдяки спадковості з покоління в покоління передаються ознаки, що забезпечують пристосованість організмів до середовища проживання.
Якби при розмноженні організмів виявлялася лише спадкоємність існуючих ознак і властивостей, то на тлі змінних умов зовнішнього середовища існування організмів було б неможливим, тому що необхідною умовою життя організмів є їх пристосованість до умов довкілля. Виявляється мінливість у різноманітності організмів, що належать до того самого виду. Мінливість може реалізовуватися в окремих організмів у ході їхнього індивідуального розвитку або в межах групи організмів у ряді поколінь при розмноженні.
Виділяють дві основні форми мінливості, що розрізняються за механізмами виникнення, характером зміни ознак і, нарешті, їх значущістю для існування живих організмів - генотиповою (спадковою) і модифікаційною (неспадковою).
Генотипова мінливість пов'язана із зміною генотипу та призводить до зміни фенотипу. В основі генотипної мінливості можуть лежати мутації (мутаційна мінливість) або нові комбінації генів, що виникають у процесі запліднення при статевому розмноженні. При мутаційній формі зміни пов'язані насамперед з помилками при реплікації нуклеїнових кислот. Таким чином, відбувається виникнення нових генів, що несуть нову генетичну інформацію; відбувається поява нових ознак. І якщо нові ознаки корисні організму в конкретних умовах, то вони "підхоплюються" і "закріплюються" природним відбором. Таким чином, на спадковій (генотипічній) мінливості базується пристосованість організмів до умов зовнішнього середовища, різноманітність організмів, створюються передумови для позитивної еволюції.
При неуспадковій (модифікаційній) мінливості відбуваються зміни фенотипу під впливом чинників довкілля і пов'язані зі зміною генотипу. Модифікації (зміни ознак при модифікаційній мінливості) відбуваються у межах норми реакції, яка під контролем генотипу. Модифікації не передаються наступним поколінням. Значення модифікаційної мінливості полягає в тому, що вона забезпечує пристосованість організму до факторів довкілля протягом його життя.

Індивідуальний розвиток організмів

Всім живим організмам властивий процес індивідуального розвитку – онтогенез. Традиційно, під онтогенезом розуміють процес індивідуального розвитку багатоклітинного організму (що утворюється внаслідок статевого розмноження) від формування зиготи до природної смерті особини. За рахунок поділу зиготи і наступних поколінь клітин формується багатоклітинний організм, що складається з безлічі різних типів клітин, різних тканин та органів. Розвиток організму базується на "генетичній програмі" (закладеної в генах хромосом зиготи) і здійснюється в конкретних умовах середовища, що істотно впливає на процес реалізації генетичної інформації в ході індивідуального існування особи. На ранніх етапах індивідуального розвитку відбувається інтенсивне зростання (збільшення маси та розмірів), зумовлене репродукцією молекул, клітин та інших структур, та диференціювання, тобто. поява відмінностей у структурі та ускладнення функцій.
На всіх етапах онтогенезу істотний регулюючий вплив мають на розвиток організму різні фактори зовнішнього середовища (температура, гравітація, тиск, склад їжі за вмістом хімічних елементів та вітамінів, різноманітні фізичні та хімічні агенти). Вивчення ролі цих чинників у процесі індивідуального розвитку тварин і людини має величезне практичне значення, що зростає з посиленням антропогенного на природу. У різних галузях біології, медицини, ветеринарії та інших наук широко проводяться дослідження щодо вивчення процесів нормального та патологічного розвитку організмів, з'ясування закономірностей онтогенезу.

Подразливість

Невід'ємною властивістю організмів та всіх живих систем є дратівливість – здатність сприймати зовнішні або внутрішні подразники (впливи) та адекватно на них реагувати. У організмів подразливість супроводжується комплексом змін, що виражаються в зрушеннях обміну речовин, електричного потенціалу на мембранах клітин, фізико-хімічних параметрів у цитоплазмі клітин, у рухових реакціях, а високоорганізованим тваринам притаманні зміни у їх поведінці.

4. Центральна догма молекулярної біології - Узагальнююче спостерігається в природі правило реалізації генетичної інформації: інформація передається від нуклеїнових кислотдо білку, але не у зворотному напрямку. Правило було сформульовано Френсісом Крикомв 1958 році і приведено у відповідність до даних, що нагромадилися на той час, 1970 року. Перехід генетичної інформації від ДНКдо РНКта від РНК до білкує універсальним всім без винятку клітинних організмів, є основою біосинтезу макромолекул. Реплікації геному відповідає інформаційний перехід ДНК → ДНК. У природі зустрічаються переходи РНК → РНК і РНК → ДНК (наприклад у деяких вірусів), а також зміна конформаціїбілків, що передається від молекули до молекули.

Універсальні засоби передачі біологічної інформації

У живих організмах зустрічаються три види гетерогенних, тобто які складаються з різних мономерів полімеру - ДНК, РНК та білок. Передача інформації з-поміж них може здійснюватися 3 x 3 = 9 способами. Центральна догма поділяє ці 9 типів передачі на три групи:

Загальний - які у більшості живих організмів;

Спеціальний - зустрічаються як виняток, у вірусіві у мобільних елементів геномуабо в умовах біологічного експерименту;

Невідомі – не виявлені.

Реплікація ДНК (ДНК → ДНК)

ДНК - основний спосіб передачі між поколіннями живих організмів, тому точне подвоєння (реплікація) ДНК дуже важлива. Реплікація здійснюється комплексом білків, що розплітають хроматинпотім подвійну спіраль. Після цього ДНК полімеразу та асоційовані з нею білки, будують на кожному з двох ланцюжків ідентичну копію.

Транскрипція (ДНК → РНК)

Транскрипція - біологічний процес, в результаті якого інформація, що міститься в ділянці ДНК, копіюється на молекулу, що синтезується. інформаційної РНК. Транскрипцію здійснюють фактори транскрипціїі РНК-полімераза. У еукаріотичній клітиніпервинний транскрипт (пре-іРНК) часто редагується. Цей процес називається сплайсингом.

Трансляція (РНК → білок)

Зріла іРНК зчитується рибосомамиу процесі трансляції. У прокаріотичнихклітинах процес транскрипції та трансляції не розділений просторово, і ці процеси пов'язані. У еукаріотичнихклітинах місце транскрипції клітинне ядровідокремлено від місця трансляції ( цитоплазми) ядерною мембраноютому іРНК транспортується з ядрау цитоплазму. іРНК зчитується рибосомою у вигляді трьох нуклеотидних"слів". Комплекси факторів ініціаціїі факторів елонгаціїдоставляють аміноацильовані транспортні РНКдо комплексу іРНК-рибосому.

8. Що лежить в основі поділу живої природи на рівні? Справа в тому, що на кожному рівні є певні характеристики. Кожен наступний рівень обов'язково містить у собі попередній чи всі попередні. Давайте розглянемо кожен рівень докладно:

1. Молекулярний рівень організації живої природи

· Органічні та неорганічні речовини,

· процеси синтезу та розпаду цих речовин,

· Виділення та поглинання енергії

Це все хімічні процеси, що відбуваються усередині будь-якої живої системи. Цей рівень не можна назвати "живим" на 100%. Це скоріше "хімічний рівень" - тому він найперший, найнижчий із усіх. Але саме цей рівень ліг в основу поділу Живої природи на царства - запасною поживною речовиною: у рослин - вуглеводи, у грибів - хітин, у тварин - білок.

· Біохімія

· Молекулярна біологія

· Молекулярна генетика

2. Клітинний рівень організації живої природи

Включає молекулярний рівень організації. На цьому рівні вже з'являється "найдрібніша неподільна біологічна система - клітина". Свій обмін речовин та енергії. Внутрішня організація клітини – її органоїди. Життєві процеси - зародження, зростання, самовідтворення (поділ)

Науки, що вивчають клітинний рівень організації:

· Цитологія

· (Генетика)

· (Ембріологія)

У дужках вказані науки, які вивчають цей рівень, але це не є основним об'єктом вивчення.

3. Тканинний рівень організації

Включає молекулярний і клітинний рівні. Цей рівень можна назвати "багатоклітинним" - адже тканина являє собою сукупність клітин зі подібною будовою і виконують однакові функції.

Наука, що вивчає тканинний рівень організації гістологія.

4. Органний рівень організації життя

У одноклітинних організмів це органели - у кожної своя будова та свої функції

У багатоклітинних організмів це органи, які об'єднані в системи та чітко взаємодіють між собою

Ці два рівні – тканинний та органний – вивчають науки:

· Ботаніка - рослини,

· зоологія - тварини,

· Анатомія - людина

· Фізіологія

· (Медицина)

5. Організмальний рівень

Включає молекулярний, клітинний, тканинний рівні і органний.

На цьому рівні вже живу природу поділяють на царства – рослин, грибів та тварин.

Властивості цього рівня:

· Обмін речовин (і на клітинному рівні теж – бачите, кожен рівень містить у собі попередній!)

· Будова організму

· Харчування

· Гомеостаз - сталість внутрішнього середовища

· Розмноження

· Взаємодія між організмами

· Взаємодія з навколишнім середовищем

· Анатомія

· Генетика

· Морфологія

· Фізіологія

6. Популяційно-видовий рівень організації життя

Включає молекулярний, клітинний, тканинний рівні, органний і організмовий.

Якщо кілька організмів схожі морфологічно (простіше кажучи, однаково влаштовані), і мають однаковий генотип, вони утворюють один вид або популяцію.

Основні процеси на цьому рівні:

· Взаємодія організмів між собою (або конкуренція, або розмноження)

· Мікроеволюція (зміна організму під дією зовнішніх умов)

Науки, які вивчають цей рівень:

· Генетика

· Еволюція

· Екологія

7. Біогеоценотичний рівень організації життя (від слова біогеоценоз)

На цьому рівні вже враховується майже все:

Взаємодія організмів між собою - харчові ланцюги та мережі

Взаємодія організмів між собою - конкуренція та розмноження

Вплив довкілля на організми і, відповідно, вплив організмів на середовище їх проживання

Наука, що вивчає цей рівень Екологія.

8. Біосферний рівень організації живої природи (останній рівень – вищий!)

Він включає:

· Взаємодія живих та неживих компонентів природи

· Біогеоценози

· Вплив людини - "антропогенні фактори"

· Кругообіг речовин у природі

І вивчає все це – Екологія!

Про клітину в науковому світі заговорили практично одразу після винаходу мікроскопа.

До речі, зараз досить багато видів мікроскопів:

Оптичний мікроскоп – максимально збільшення – ~2000 крат (можна розглянути деякі мікроорганізми, клітини (рослинні та тварини), кристали і т.д.

Електронний мікроскоп – збільшує до 106 разів. Можна вже вивчати частинки як клітини, так і молекул – це вже рівень мікроструктур.

Першим ученим, який зміг побачити клітини (звісно, ​​у мікроскоп) був Роберт Гук(1665 р) - він вивчав клітинну будову переважно рослин.

А ось вперше про одноклітинні організми - бактерії, інфузорії заговорив А. Ван Левенгук(1674 р)

Ла-Марк(1809 р) вже став говорити про клітинну теорію

Ну і вже в середині XIX століття М. Шлейден і Т. Шван сформулювали ту клітинну теорію, яка зараз загальновизнана в усьому світі.

Клітинними є всі організми, крім вірусів

Клітина- елементарна одиниця будови та життєдіяльності всіх організмів, що має власний обмін речовин, здатна до самостійного існування, самовідтворення та розвитку. Всі живі організми або, як багатоклітинні тварини, рослини та гриби, складаються з безлічі клітин, або, як багато найпростіших і бактерій, є одноклітинними організмами. Розділ біології, що займається вивченням будови та життєдіяльності клітин, отримав назву цитології. Останнім часом прийнято також говорити про біологію клітини, або клітинну біологію.

Клітина- Це міні-організм. Вона має свої "органи" - органоїди. Головний органоїд клітини – це ядро. За цією ознакою всі живі організми діляться на ЕУКАРІОТИЧНІ ("каріо" - ядро) - ядро, що містять, і ПРОКАРІОТИЧНІ ("про" -до) - доядерні (без ядра)

Положення клітинної теорії Шлейден-Шванна

1. Усі тварини та рослини складаються з клітин.

2. Зростають і розвиваються рослини та тварини шляхом виникнення нових клітин.

3. Клітина є найменшою одиницею живого, а цілий організм – це сукупність клітин.

Основні положення сучасної клітинної теорії

· Клітина - одиниця будови, життєдіяльності, зростання та розвитку живих організмів, поза клітиною життя немає.

· Клітина - єдина система, що складається з безлічі закономірно пов'язаних один з одним елементів, що являють собою певне цілісне утворення.

· Ядро - головна складова частина клітини (еукаріотів).

· Нові клітини утворюються лише в результаті поділу вихідних клітин.

· Клітини багатоклітинних організмів утворюють тканини, тканини утворюють органи. Життя організму загалом обумовлена ​​взаємодією складових його клітин.

Основні органоїди клітини - це ті компоненти, які притаманні всім клітинам живих організмів - "загальний склад":

· Ядро: ядерце; ядерна оболонка;

· Плазматична мембрана;

· ендоплазматична мережа;

· Центріоль;

· Комплекс Гольджі;

· Лізосома;

· Вакуоля;

· Мітохондрія.

Нуклеїнові кислотимістяться у клітині абсолютно будь-якого організму. Навіть у вірусів.

"Нуклео" - "ядро" - в основному містяться в ядрі клітин, але так само містяться і в цитоплазмі, і в інших органоїдах. Нуклінові кислоти бувають двох типів: ДНК та РНК

ДНК - дезоксирибонуклеїнова кислота

РНК - рибонуклеїнова кислота

Ці молекули – полімери, мономерами є нуклеотиди – сполуки, що містять азотисті основи.

Нуклеотиди ДНК: А – аденін, Т – тимін, Ц – цитозин, Г – гуанін

Нуклеотиди РНК: А – аденін, У – урацил, Ц – цитозин, Г – гуанін

Як бачите, в РНК тіміну немає, його замінює урацил.

Крім них, до складу нуклеотидів входять:

вуглеводи: дезоксирибоза – у ДНК, рибоза – у РНК. Фосфат і цукор – входять до складу обох молекул

Це первинна структура молекул

Вторинна структура – ​​це сама форма молекул. ДНК – подвійна спіраль, РНК – "одинарна" довга молекула.

Основні функції нуклеїнових кислот

Генетичний код – це послідовність нуклеотидів у молекулі ДНК. Це основа будь-якого організму, по суті - це інформація про сам організм (як у будь-якої людини ПІБ, що ідентифікує особистість - це послідовність букв, або послідовність цифр - серія паспорта).

Так ось, основні функції нуклеїнових кислот- у зберіганні, реалізації та передачі спадкової інформації, "записаної" в молекулах у вигляді послідовності певних нуклеотидів.

Розподіл клітин – частина процесу життя абсолютно будь-якого живого організму. Усі нові клітини утворюються із старих (материнських). Це з основних положень клітинної теорії. Але є кілька видів поділу, які залежать від природи цих клітин.

Розподіл прокаріотичних клітин

Чим відрізняється прокаріотична клітина від еукаріотичної? Найголовніша відмінність – відсутність ядра (власне тому так і називаються). Відсутність ядра означає, що ДНК просто перебуває у цитоплазмі.

Процес виглядає так:

реплікація (подвоєння) ДНК ---> клітина подовжується ---> утворюється поперечна перегородка ---> клітини поділяються і розходяться

Розподіл еукаріотичних клітин

Життя будь-якої клітини складається з 3 етапів: зростання, підготовка до поділу і, власне, поділ.

Як відбувається підготовка до поділу?

· По-перше синтезується білок,

по-друге, всі важливі компоненти клітини подвоюються, щоб у кожній новій клітині був весь необхідний життя набір органел.

· По-третє, подвоюється молекула ДНК і кожна хромосома синтезує собі копію. Подвоєна хромосома = 2 хроматиди (у кожній молекулі ДНК).

Цей період підготовки до делкнія називається ІНТЕРФАЗ.