2. Специфика, единство и многообразие живого

Живые организмы – это автономные самовоспроизводящиеся открытые системы, построенные в основном из сахаров, аминокислот, нуклеотидов и жирных кислот. Сахара и нуклеотиды зеркально асимметричны.

1) Живые существа – одно- или многоклеточные организмы.

2) Среди организмов выделяются гетеротрофы и автотрофы.

• Гетеротрофы используют для питания готовые органические вещества (животные, грибы, многие микроорганизмы).

• Автотрофы используют для питания неорганические вещества путем фотосинтеза или хемосинтеза: углекислый газ, азот, аммиак (водоросли, некоторые микроорганизмы, зеленые растения).

3) Фотосинтез – это превращение зелеными растениями и некоторыми микроорганизмами лучистой энергии Солнца в энергию химических связей органических веществ. Как побочный продукт этих реакций выделяется кислород, необходимый для жизни аэробов (животные, растения, многие грибы и микроорганизмы).

Хемосинтез – процесс образования органических веществ из СО₂ за счет окисления неорганических соединений (аммиака, соединений серы). Значение: хемосинтезирующие бактерии, обитающие в почве и воде, играют важную роль в разрушении ядовитых соединений (сероводорода), и в обогащении почвы ценными элементами питания растений (нитрат-ионами).

4) Дыхание является преимущественным способом диссимиляции организмов. Процесс протекает с участием кислорода.

В отсутствие молекулярного кислорода диссимиляция организмов осуществляется через брожение: расщепление богатых энергией органических веществ до менее энергоемких продуктов.

5) Энергетический обмен в клетках всех организмов неизменно связан с образованием и гидролизом аденозинтрифосфатной кислоты (АТФ), универсального энергетического компонента всего живого.

Концептуальные выводы:

• живые организмы обладают только им присущими признаками - гомеостазом, самовоспроизведением себе подобных, обменом со средой веществом, энергией, обработкой и выдачей информации и многими другими, реализация которых образует феномен жизни;

• содержание феномена жизни интерпретируется комплексом биологических наук, в том числе биофизикой и биохимией, а также молекулярной биологией.

3. Уровни организации живых систем

Теоретический фундамент современной биологии (точка зрения системной методологии) – принцип сложной организации жизни:

• жизнь нельзя свести к какой-либо одной форме;

• живая природа – это весьма сложное и структурированное образование;

• в составе живого покрова Земли существует множество соподчиненных систем, обладающих различными степенями организованности, от рыхлых и случайных скоплений живых существ до самых высокоинтегрированных и высокоорганизованных особей.

Уровни организации представляют собой упорядоченность, которая является одним из основных свойств живого.

Можно выделить несколько ступеней организации живых систем, каждая из которыхможет быть разделена на несколько уровней:

• 1-я ступень – биологическая микросистема, включающая молекулярный и клеточный уровни;

• 2-я ступень – биологическая мезосистема, включающая тканевый, органный и организменный уровни;

• 3-я система – биологическая макросистема, включающая популяционно-видовой, биоценотический и биосферный уровни.

Эти основные уровни организации живого связаны между собой иерархическими отношениями так, что биосистемы низкого уровня организации являются элементами системы более высокого уровня (организмы выступают как элементарные единицы популяций и видов, популяции различных видов – как элементарные единицы биоценозов, биоценозы – как элементы биостромы, которая охватывает всю планету). Иерархическая система основных форм организации живого является структурой живого в биосфере.

Молекулярно-генетический уровень:

• Элементарными единицами этого уровня являются гены.

• Основные структуры на этом уровне представлены молекулами ДНК,которые дифференцированы по длине на элементы генетического кода – триплеты азотистых оснований, образующих гены.

• Основу всех животных, растений и вирусов составляют 20 аминокислот, 4 азотистых основания, входящих в состав нуклеиновых кислот ДНК и РНК. В молекуле ДНК содержится наследственная информация, которая передается молекулами РНК.

• Биологическая энергия у всех организмов запасается в виде АТФ — аденозинтрифосфорной кислоты.

• Аминокислоты, соединенные в длинные цепи пептидными связями, образуют белки.Разнообразие белков определяется не только входящими в их состав различными аминокислотами, но и их последовательностью в полипептидной цепи. Назначение белков – служить катализаторами для протекающих в организме биохимических реакций, а также выполнять функции структурных клеточных элементов.

Клеточный уровень:

Основной элементарной единицей всех живых организмов является клетка. Биосинтез и реализация наследственной информации у всех организмов возможны только на клеточном уровне. В истории жизни на нашей планете был такой период, когда все организмы состояли из одной или нескольких клеток. И у современных одноклеточных организмов клеточный уровень совпадает с организменным.

Органно-тканевый уровень:

• Совокупность клеток с одинаковым типом организации составляет ткань, например, нервную, мышечную и т. д. Тканевый уровень возник вместе с появлением многоклеточных животных и растений, имеющих различающиеся между собой ткани.

• Совместно функционирующие клетки, относящиеся к разным тканям,составляют органы, например, сердце, печень, легкие и т.д.

• Органы, связанные функционально и анатомически и выполняющие определенные задачи, образуют системы организма. Например, нервная система, пищеварительная система, дыхательная и т.д.

Организменный уровень:

• Основная единица на этом уровне – организм, или особь. Жизнь всегда представлена в виде дискретных индивидуумов. Это в равной степени присуще микроорганизмам, растениям, животным. Организм (особь) – основная и первичная форма организации живого. Разделить особь на части без потери «индивидуальности» невозможно.

• Усложнение комбинации клеток, тканей, органов обеспечивает качественные особенности организмов. Этим объясняется разнообразие организмов, относящихся к разным видам, а также в пределах одного вида.В настоящее время на Земле обитает более миллиона видов животных и около полумиллиона видов растений.

• Важнейшая характеристика особи – онтогенез, или индивидуальное развитие (от образования зародышевой клетки до смерти). Онтогенез – это процесс развертывания, реализации наследственной информации, закодированной в управляющих структурах зародышевой клетки. Онтогенез имеет исключительно важное значение для эволюции. Через оценку особей в процессе естественного отбора происходит проверка жизнеспособности данного генотипа.

Популяционно-видовой уровень

• Объединение особей в популяции, а популяций в виды – по степени генетического и экологического единства приводит к появлению новых свойств и особенностей в живой природе, отличных от свойств организменного уровня. Жизнь отдельной особи при этом находится в зависимости от процессов, протекающих в популяциях.

• Вид – совокупность организмов, которые скрещиваются между собой и не скрещиваются с представителями другого вида или дают стерильное потомство при искусственном скрещивании.

• Совокупность организмов одного вида, населяющих определенную территорию в течение длительного времени (большого числа поколений), составляет популяцию.

• Основная элементарная единица на популяционно-видовом уровне — популяция, а элементарное явление на этом уровне — изменение генетического состава популяции.

• Популяции выступают как элементарные, эволюционные единицы, представляющие собой генетически открытые системы. Вид, или система популяций является наименьшей природной генетически закрытой системой. Популяция является элементарной единицей, а вид - качественным этапом процесса эволюции

• На популяционно-видовом уровне изучают факторы, влияющие на численность популяции, динамику генетического состава популяции, сохранение редких и исчезающих видов, сохранение биологического разнообразия нашей планеты.

Биоценотический уровень

• Биоценозы – исторически сложившиеся устойчивые сообщества популяций различных видов, связанных между собой и окружающей средой обитания обменом веществ, энергией и информацией.

• Совокупность биоценозов образует биогеоценотический покров Земли, т.е. всю биосферу.

• Важнейшая особенность структуры биогеоценоза – наличие трофических цепей: продуцентов (зеленые растения), образующих органическое вещество, консументов (животные) и редуцентов (микроорганизмы), живущих за счет готовых органических веществ и осуществляющих их разложение до простых минеральных компонентов, снова потребляемых растениями. В биогеоценозы входят также приземной слой атмосферы, почва и вода. Ведущая роль в биогеоценозе, безусловно, принадлежит высшим растениям, которые, продуцируя органические вещества, дают начало всем трофическим цепям.

• Ведущим на биоценотическом уровне являются проблемы взаимоотношений организмов в биоценозах, повышение продуктивности (эффективности) и устойчивости биоценозов (экосистем), сохранение видового и ценотического разнообразия. Эмпирически доказано, что выпадание каких либо элементов из сложной цепи взаимодействий в биоценозе может привести к тяжелым последствиям. Например, уничтожение мест обитания диких пчел или шмелей снижает урожайность культур, которые опыляются этими насекомыми. Флора степи резко беднеет, если отсутствует необходимый компонент степного биоценоза - копытные животные. Бездумное истребление волков оборачивается массовыми эпидемиями копытных в ценозах и т.д.

• Концептуальный вывод: знание особенностей структуры, функционирования и эволюции биогеоценозов (экосистем) - важнейшееусловие успешного решения современных экологических проблем.

Биосферный уровень

• Биосфера – оболочка Земли, состав, структура и энергия которой определяется совокупной деятельностью живых организмов. Биосфера охватывает часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км), часть литосферы и всю гидросферу. Нижняя граница опускается в среднем на 2-3 км на суше и на 1-2 км ниже дна океана.

• Термин «биосфера» ввел Э. Зюсс (1875), понимавший ее как тонкую пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющая «лик Земли».

• Целостное учение о биосфере разработал В.И. Вернадский. Основные свойства биосферы по В.И. Вернадский: целостность и организованность биосферы; «всюдность» ее живого вещества; наличие в ней четких дискретных образований. Особо он выделял охваченный жизнью слой биосферы, где сосредоточена основная масса организмов: наземная, планктонная и донная пленка жизни.

Основные положения концепции К.М. Завадского (представления о структуре живого:

1. Отказ от признания организма единственно реальной и единственно основной формой организации живых систем. Надорганизменные формы: вид, биоценоз, биосфера столь же реальны, как и организм.

2. Идея о четырех первичных и основных формах организации живых систем: организменной, популяционно-видовой, биоценотической, биосферной, а также положение о ступенях эволюции в рамках этих форм организации.

3. Концепция форм и уровней организации живых систем должна войти в структуру современного эволюционизма, связать единой популяционно-системной методологией оба учения (об организации и эволюции живого).