Рівні організації живого заболочування. Молекулярний рівень

Розгляньте малюнки 5-9. З яких частин складаються такі біологічні системи, як клітина, організм, співтовариство організмів? Згадайте, які хімічні сполуки входять до складу організмів.

Мал. 5. Молекулярно-генетичний рівень

Навколишня жива природа є біологічні системи різних рівнів організації та складності. За наявністю специфічних структурно-функціональних одиниць життя та процесів, що відбуваються з ними, можна виділити шість основних рівнів живої природи: молекулярно-генетичний, органоїдно-клітинний, організмовий, популяційно-видовий, біогеоценотичний та біосферний (рис. 5-10).

Будь-яка біологічна система завжди складається з молекул нуклеїнових кислот, білків, полісахаридів, ліпідів та інших сполук. Структурно-функціональною одиницею цього рівня організації життя є ген - ділянка молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), що несе спадкову інформацію про структуру одного білка.

На молекулярно-генетичному рівні протікають найважливіші процеси життєдіяльності – кодування, передача та реалізація спадкової інформації. На цьому рівні організації життя здійснюється процес зміни спадкової інформації.

Структурно-функціональною одиницею цього рівня організації життя є клітина. З клітин та міжклітинної речовини складаються тканини, а тканини утворюють органи та системи органів. Окрема клітина складається з органоїдів – внутрішньоклітинних структур, утворених молекулами органічних та неорганічних речовин.

Мал. 6. Органоїдно-клітинний рівень

На органоідно-клітинному рівні протікають найважливіші процеси життєдіяльності: обмін речовин та перетворення енергії у клітині, її зростання, розвиток та розподіл. Слід наголосити, що клітина, яка може виступати і як цілісний організм, тобто самостійна та автономна жива система.

Структурно-функціональна одиниця цього рівня організації життя – організм. Він може бути одноклітинним, багатоклітинним, або являти собою колонію.

На організмовому рівні протікають процеси життєдіяльності, що забезпечують існування кожної особини як самостійної живої системи - харчування, дихання, виділення, розмноження, зростання, розвиток та ін.

На цьому рівні організації життя відбувається реалізація генетичної програми організму та його самовідтворення. Взаємодія із середовищем призводить до появи у організмів мінливості. Розмноження організмів, що здійснюється різними шляхами, забезпечує як самовідтворення життя цьому рівні, а й комбінує ознаки батьківських особин, що брали участь у розмноженні, відповідно до законами спадковості.

Структурно-функціональної одиницею цього рівня організації життя служить вид організму, представлений у природі особами, що живуть на певній території, пов'язаними родинними зв'язками - популяціями. У популяціях на основі спадкової мінливості виживають найбільш пристосовані особини, що мають корисні за певних умов ознаки. Від цих особин поступово під час історичного поступу органічного світу утворюються нові види організмів, т. е. відбувається видоутворення.

Мал. 7. Організмальний рівень

Популяції різних видів рослин, тварин, грибів та мікроорганізмів разом із умовами неживого середовища, наприклад світлом, вологою, повітрям, утворюють біогеоценоз. У ньому між живими організмами та неживою природою встановлюються різні взаємозв'язки. В результаті змін, викликаних діяльністю живих організмів або впливом неживої природи, поступово одні біогеоценози перетворюються на інші, тобто відбуваються їх розвиток та зміна.

Мал. 8. Популяційно-видовий рівень

Всі біогеоценози нашої планети утворюють - біосферу, т. Е. Оболонку Землі, населену і активно перетворювану організмами. У ній відбуваються глобальні біогеохімічні цикли (кругообіги речовин та потоки енергії), а також зміни, пов'язані з еволюцією живої природи та викликані діяльністю людини.

Мал. 9. Біогеоценотичний рівень

Таким чином, життя на нашій планеті являє собою відкриті для речовин, енергії та інформації саморегулюючі та самовідтворювані системи різного рангу (ген, клітина, організм, вид, популяція, біогеоценоз, біосфера), об'єднані процесами життєдіяльності та розвитку, що відбуваються в них.

Мал. 10. Біосферний рівень

Вправи з пройденого матеріалу

1. На підставі чого у сучасній науці склалося уявлення про рівні організації життя?
2. Що структурно-функціональної одиницею кожного рівня організації життя?
3. Які процеси життєдіяльності відбуваються на кожному рівні організації життя?

Усі живі організми у природі складаються з однакових рівнів організації, це загальна всім живих організмів характерна біологічна закономірність.
Вирізняють такі рівні організації живих організмів - молекулярний, клітинний, тканинний, органний, організмовий, популяційно-видовий, біогеоценотичний, біосферний.

Мал. 1. Молекулярно-генетичний рівень

1. Молекулярно-генетичний рівень. Це найпростіший для життя рівень (рис. 1). Як би складно чи просто не було будова будь-якого живого організму, вони складаються з однакових молекулярних сполук. Прикладом цього є нуклеїнові кислоти, білки, вуглеводи та інші складні молекулярні комплекси органічних та неорганічних речовин. Їх називають іноді біологічними макромолекулярними речовинами. На молекулярному рівні відбуваються різні процеси життєдіяльності живих організмів: обмін речовин, перетворення енергії. За допомогою молекулярного рівня здійснюється передача спадкової інформації, утворюються окремі органоїди та відбуваються інші процеси.

Мал. 2. Клітинний рівень

2. Клітинний рівень. Клітина є структурною та функціональною одиницею всіх живих організмів на Землі (рис. 2). Окремі органоїди у складі клітини мають характерну будову та виконують певну функцію. Функції окремих органоїдів у клітині взаємопов'язані та виконують єдині процеси життєдіяльності. У одноклітинних організмів (одноклітинні водорості та найпростіші) всі життєві процеси проходять в одній клітині, і одна клітина існує як окремий організм. Згадайте одноклітинні водорості, хламідомонади, хлорелу та найпростіших тварин – амебу, інфузорію та ін. У багатоклітинних організмів одна клітина не може існувати як окремий організм, але вона є елементарною структурною одиницею організму.

Мал. 3. Тканинний рівень

3. Тканинний рівень. Сукупність подібних за походженням, будовою та функцій клітин та міжклітинних речовин утворює тканину. Тканинний рівень характерний лише багатоклітинних організмів. Також окремі тканини є самостійним цілісним організмом (рис. 3). Наприклад, тіла тварин і людини складаються із чотирьох різних тканин (епітеліальна, сполучна, м'язова, нервова). Рослинні тканини називаються: освітня, покривна, опорна, провідна та видільна. Згадайте будову та функції окремих тканин.

Мал. 4. Органний рівень

4. Органний рівень. У багатоклітинних організмів об'єднання декількох однакових тканин, подібних до будови, походження та функцій, утворює органний рівень (рис. 4). У складі кожного органу зустрічається кілька тканин, але з-поміж них одна найбільш значна. Окремий орган неспроможна існувати як цілісний організм. Декілька органів, подібних до будови та функцій, об'єднуючись, складають систему органів, наприклад травлення, дихання, кровообігу і т.д.

Мал. 5. Організмальний рівень

5. Організмовий рівень. Рослини (хламідомонада, хлорела) і тварини (амеба, інфузорія і т. д.), тіла яких складаються з однієї клітини, є самостійним організмом (рис. 5). А окрема особина багатоклітинних організмів вважається окремим організмом. У кожному окремому організмі відбуваються всі життєві процеси, характерні всім живих організмів, - харчування, дихання, обмін речовин, дратівливість, розмноження тощо. буд. Кожен самостійний організм залишає після себе потомство. У багатоклітинних організмів клітини, тканини, органи та системи органів не є окремим організмом. Тільки цілісна система органів, які спеціалізовано виконують різні функції, утворює окремий самостійний організм. Розвиток організму, починаючи з запліднення до кінця життя, займає певний проміжок часу. Такий індивідуальний розвиток кожного організму називається онтогенезом. Організм може існувати у тісному взаємозв'язку з навколишнім середовищем.

Мал. 6. Популяційно-видовий рівень

6. Популяційно-видовий рівень. Сукупність особин одного виду або групи, яка тривалий час існує у певній частині ареалу щодо відокремлено від інших сукупностей того ж виду, становить популяцію. На популяційному рівні здійснюються найпростіші еволюційні перетворення, що сприяє поступовому появі нового виду (рис. 6).

Мал. 7 Біогеоценотичний рівень

7. Біогеоценотичний рівень. Сукупність організмів різних видів та різної складності організації, пристосованих до однакових умов природного середовища, називається біогеоценозом, або природним співтовариством. До складу біогеоценозу входять численні види живих організмів та умови природного середовища. У природних біогеоценозах накопичується енергія та передається від одного організму до іншого. Біогеоценоз включає неорганічні, органічні сполуки та живі організми (рис. 7).

Мал. 8. Біосферний рівень

8. Біосферний рівень. Сукупність всіх живих організмів на нашій планеті та загального природного середовища їх проживання становить біосферний рівень (рис. 8). На біосферному рівні сучасна біологія вирішує глобальні проблеми, наприклад, визначення інтенсивності утворення вільного кисню рослинним покривом Землі або зміни концентрації вуглекислого газу в атмосфері, пов'язані з діяльністю людини. Головну роль біосферному рівні виконують " живі речовини " , т. е. сукупність живих організмів, населяючих Землю. Також у біосферному рівні мають значення "біокосні речовини", що утворилися в результаті життєдіяльності живих організмів та "кісних" речовин (тобто умов навколишнього середовища). На біосферному рівні відбувається кругообіг речовин та енергії на Землі за участю всіх живих організмів біосфери.

рівні організації життя. Населення. Біогеоценоз. Біосфера.

1. Нині виділяють кілька рівнів організації живих організмів: молекулярний, клітинний, тканинний, органний, організмовий, популяційно-видовий, біогеоценотичний та біосферний.
2. На популяційно-видовому рівні здійснюються елементарні еволюційні перетворення.
3. Клітина - найпростіша структурна і функціональна одиниця всіх живих організмів.
4. Сукупність подібних за походженням, будовою та функцій клітин та міжклітинних речовин утворює тканину.
5. Сукупність всіх живих організмів на планеті та загального природного середовища їх проживання становить біосферний рівень.
1. Назвіть рівні рівні організації життя.
2. Що таке тканина?
3. З яких основних частин складається клітка?
1. Для яких організмів характерний рівень тканини?
2. Дайте характеристику органного рівня.
3. Що таке населення?
1. Дайте характеристику організмового рівня.
2. Назвіть особливості біогеоценотичного рівня.
3. Наведіть приклади взаємопов'язаності рівнів організованості життя.

Заповніть таблицю, яка показує структурні особливості кожного рівня організації:

Розрізняють молекулярний, клітинний, тканинний, органний, організмовий, популяційний, видовий, біоценотичний та глобальний (біосферний) рівні організації живого. На всіх цих рівнях проявляються всі властивості, притаманні живого. Кожен із цих рівнів характеризується особливостями, властивими іншим рівням, але кожному рівню властиві власні специфічні особливості.

Молекулярний рівень.Цей рівень є глибинним в організації живого і представлений молекулами нуклеїнових кислот, білків, вуглеводів, ліпідів і стероїдів, що знаходяться в клітинах і отримали назву біологічних молекул. На цьому рівні зачинаються та здійснюються найважливіші процеси життєдіяльності (кодування та передача спадкової інформації, дихання, обмін речовин та енергії, мінливість та ін.). Фізико-хімічна специфіка цього рівня полягає в тому, що до складу живого входить велика кількість хімічних елементів, але основна маса живого представлена ​​вуглецем, киснем, воднем та азотом. З групи атомів утворюються молекули, та якщо з останніх формуються складні хімічні сполуки, різняться за будовою та функцій. Більшість цих сполук у клітинах представлені нуклеїновими кислотами та білками, макромолекули яких є полімерами, синтезованими в результаті утворення мономерів та сполук останніх у визначеному порядку. Крім того, мономери макромолекул в межах однієї і тієї ж сполуки мають однакові хімічні угруповання і з'єднані за допомогою хімічних зв'язків між атомами, їх неспецифи-

чеських частин (ділянок). Усі макромолекули універсальні, оскільки побудовані за одним планом незалежно від своїх видової приналежності. Будучи універсальними, вони одночасно й унікальні, бо їхня структура неповторна. Наприклад, до складу нуклеотидів ДНК входить по одному азотистому підставі з чотирьох відомих (аденін, гуанін, цитозин або тимін), внаслідок чого будь-який нуклеотид неповторний за своїм складом. Неповторна також і вторинна структура молекул ДНК.

Біологічна специфіка молекулярного рівня визначається функціональною специфічністю біологічних молекул. Наприклад, специфічність нуклеїнових кислот полягає в тому, що в них закодовано генетичну інформацію про синтез білків. Більше того, ці процеси здійснюються в результаті тих самих етапів метаболізму. Наприклад, біосинтези нуклеїнових кислот, амінокислот та білків протікають за подібною схемою у всіх організмів. Універсальними є також окислення жирних кислот, гліколіз та інші реакції.

Специфічність білків визначається специфічною послідовністю амінокислот у їх молекулах. Ця послідовність визначає далі специфічні біологічні властивості білків, оскільки є основними структурними елементами клітин, каталізаторами і регуляторами реакцій у клітинах. Вуглеводи та ліпіди служать найважливішими джерелами енергії, тоді як стероїди мають значення для регуляції низки метаболічних процесів.

На молекулярному рівні здійснюється перетворення енергії - променистої енергії в хімічну, що запасається у вуглеводах та інших хімічних сполуках, а хімічної енергії вуглеводів та інших молекул - на біологічно доступну енергію, що запасається у формі макроергічних зв'язків АТФ. Нарешті, тут відбувається перетворення енергії макроергічних фосфатних зв'язків на роботу - механічну, електричну, хімічну, осмотичну. Механізми всіх метаболічних та енергетичних процесів універсальні.

Біологічні молекули забезпечують також наступність між молекулами та наступним за ним рівнем (клітинним), оскільки є матеріалом, з якого утворюються надмолекулярні структури. Молекулярний рівень є «ареною» хімічних реакцій, які забезпечують енергією клітинний рівень.

Клітинний рівень.Цей рівень організації живого представлений клітинами, що діють як самостійні організ-

мов (бактерії, найпростіші та ін), а також клітинами багатоклітинних організмів. Найголовніша специфічна риса цього у тому, що з нього починається життя. Будучи здатними до життя, зростання та розмноження, клітини є основною формою організації живої матерії, елементарними одиницями, з яких побудовано всі живі істоти (прокаріоти та еукаріоти). Між клітинами рослин та тварин немає принципових відмінностей по структурі та функцій. Деякі відмінності стосуються лише будови їх мембран та окремих органел. Помітні відмінності у будові є між клітинами-прокаріотами і клітинами еукаріотами, але у функціональному плані ці відмінності нівелюються, бо скрізь діє правило «клітина від клітини».

Специфічність клітинного рівня визначається спеціалізацією клітин, існуванням клітин як спеціалізованих одиниць багатоклітинного організму. На клітинному рівні відбувається розмежування та впорядкування процесів життєдіяльності у просторі та в часі, що пов'язано з приуроченістю функцій до різних субклітинних структур. Наприклад, у клітин-еукаріотів значно розвинені мембранні системи (плазматична мембрана, цитоплазматична мережа, пластинчастий комплекс) та клітинні органели (ядро, хромосоми, центріолі, мітохондрії, пластиди, лізосоми, рибосоми). Мембранні структури є «ареною» найважливіших життєвих процесів, причому двошарова будова мембранної системи значно збільшує площу «арени». Крім того, мембранні структури забезпечують просторовий поділ у клітинах багатьох біологічних молекул, а їх фізичний стан дозволяє здійснювати постійний дифузний рух деяких молекул, що містяться в них, білків і фосфоліпідів. Таким чином, мембрани є системою, компоненти якої перебувають у русі. Їх характерні різні перебудови, що визначає дратівливість клітин - найважливіша властивість живого.

Тканинний рівень.Даний рівень представлений тканинами, що поєднують клітини певної будови, розмірів, розташування та подібних функцій. Тканини виникли в ході історичного розвитку разом із багатоклітинністю. У багатоклітинних організмів вони утворюються у процесі онтогенезу як наслідок диференціації клітин. У тварин розрізняють кілька типів тканин (епітеліальна, сполучна, м'язова, кров, нервова та репродуктивна). У рас-

тіней розрізняють меристематичну, захисну, основну та провідну тканини. На цьому рівні відбувається спеціалізація клітин.

Органний рівень.Подано органами організмів. У рослин та тварин органи формуються за рахунок різної кількості тканин. У найпростіших травлення, дихання, циркуляція речовин, виділення, пересування та розмноження здійснюються за рахунок різних органел. Більш досконалих організмів є системи органів. Для хребетних характерна цефалізація, що полягає у зосередженні найважливіших нервових центрів та органів чуття у голові.

Організмальний рівень.Даний рівень представлений самими організмами - одноклітинними та багатоклітинними організмами рослинної та тваринної природи. Специфічна особливість організмового рівня у тому, що у цьому рівні відбуваються декодування і реалізація генетичної інформації, створення структурних і функціональних особливостей, властивих організмам цього виду.

Видовий рівень.Цей рівень визначається видами рослин та тварин. В даний час налічують близько 500 тис. видів рослин і близько 1,5 млн видів тварин, представники яких характеризуються різним місцем проживання і займають різні екологічні ніші. Вигляд також є одиницею класифікації живих істот.

Популяційний рівень.Рослини та тварини не існують ізольовано; вони об'єднані у популяції, що характеризуються певним генофондом. У межах одного й того ж виду може налічуватися від однієї до тисяч популяцій. У популяціях здійснюються елементарні еволюційні перетворення, відбувається вироблення нової адаптивної форми.

Біоценотичний рівень.Представлений біоценозами - угрупованнями організмів різної видової приналежності. У таких угрупованнях організми різних видів тією чи іншою мірою залежать один від одного. У ході історичного розвитку склалися біогеоценози (екосистеми), які є системами, що складаються з взаємозалежних угруповань організмів і абіотичних факторів середовища. Екосистемам властива рухлива рівновага між організмами та абіотичними факторами. На тому рівні здійснюються речовинно-енергетичні круговороти, пов'язані із життєдіяльністю організмів.

Глобальний (біосферний) рівень.Цей рівень є найвищою формою організації живого (живих систем). Він представлений біосферою. На цьому рівні здійснюється об'єднання всіх речовинно-енергетичних кругообігів в єдиний гігантський біосферний кругообіг речовин та енергії.

Між різними рівнями організації живого існує діалектична єдність. Живе організовано на кшталт системної організації, основу якої становить ієрархічність систем. Перехід від рівня до іншого пов'язані з збереженням функціональних механізмів, які діють попередніх рівнях, і супроводжується появою структури та функцій нових типів, і навіть взаємодії, характеризується новими особливостями, т. е. з'являється нову якість.

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ

1. У чому загальний методологічний підхід до розуміння сутності життя?

2. Чи можна визначити сутність життя, якщо так, то в чому полягає його визначення?

3. Чи можлива постановка питання про субстрат життя?

4. Назвіть властивості живого. Вкажіть, які з цих властивостей характерні для неживого та які тільки для живого?

5. Яке значення для біології має підрозділ живого на рівні загалом і для медицини зокрема?

6. Якими загальними характеристиками характеризуються різні рівні організації живого?

7. Яке значення для студента-медика має вивчення проблем, описаних у цьому розділі?

8. Чому нуклеопротеїди вважають субстратом життя та за яких умов вони виконують цю роль?

9. Які властивості «мертвого» та «живого»?

10. Чи мають виділені з клітин нуклеопротеїди властивості субстрату життя?

Усі живі організми у природі складаються з однакових рівнів організації, це загальна всім живих організмів характерна біологічна закономірність. Вирізняють такі рівні організації живих організмів - молекулярний, клітинний, тканинний, органний, організмовий, популяційно-видовий, біогеоценотичний, біосферний.

1. Молекулярно-генетичний рівень. Це найпростіший для життя рівень. Як би складно чи просто не було будова будь-якого живого організму, вони складаються з однакових молекулярних сполук. Прикладом цього є нуклеїнові кислоти, білки, вуглеводи та інші складні молекулярні комплекси органічних та неорганічних речовин. Їх називають іноді біологічними макромолекулярними речовинами. На молекулярному рівні відбуваються різні процеси життєдіяльності живих організмів: обмін речовин, перетворення енергії. За допомогою молекулярного рівня здійснюється передача спадкової інформації, утворюються окремі органоїди та відбуваються інші процеси.

2. Клітинний рівень. Клітина є структурною та функціональною одиницею всіх живих організмів на Землі. Окремі органоїди у складі клітини мають характерну будову та виконують певну функцію. Функції окремих органоїдів у клітині взаємопов'язані та виконують єдині процеси життєдіяльності. В одноклітинних організмів всі життєві процеси проходять в одній клітині, і одна клітина існує як окремий організм (одноклітинні водорості, хламідомонади, хлорела та найпростіші тварини - амеба, інфузорія та ін.). У багатоклітинних організмів одна клітина не може існувати як окремий організм, але є елементарною структурною одиницею організму.

3. Тканинний рівень.

Сукупність подібних за походженням, будовою та функцій клітин та міжклітинних речовин утворює тканину. Тканинний рівень характерний лише багатоклітинних організмів. Також окремі тканини є самостійним цілісним організмом. Наприклад, тіла тварин і людини складаються із чотирьох різних тканин (епітеліальна, сполучна, м'язова, нервова). Рослинні тканини називаються: освітня, покривна, опорна, провідна та видільна.

4.Органний рівень.

У багатоклітинних організмів об'єднання декількох однакових тканин, подібних до будови, походження та функцій, утворює органний рівень. У складі кожного органу зустрічається кілька тканин, але з-поміж них одна найбільш значна. Окремий орган неспроможна існувати як цілісний організм. Декілька органів, подібних до будови та функцій, об'єднуючись, складають систему органів, наприклад травлення, дихання, кровообігу і т.д.

5. Організмовий рівень.

Рослини (хламідомонада, хлорела) і тварини (амеба, інфузорія і т. д.), тіла яких складаються з однієї клітини, є самостійним організмом. А окрема особина багатоклітинних організмів вважається окремим організмом. У кожному окремому організмі відбуваються всі життєві процеси, характерні всім живих організмів, - харчування, дихання, обмін речовин, дратівливість, розмноження тощо. буд. Кожен самостійний організм залишає після себе потомство. У багатоклітинних організмів клітини, тканини, органи та системи органів не є окремим організмом. Тільки цілісна система органів, які спеціалізовано виконують різні функції, утворює окремий самостійний організм. Розвиток організму, починаючи з запліднення до кінця життя, займає певний проміжок часу. Такий індивідуальний розвиток кожного організму називається онтогенезом. Організм може існувати у тісному взаємозв'язку з навколишнім середовищем.

6. Популяційно-видовий рівень.

Сукупність особин одного виду плі групи, яка тривалий час існує у певній частині ареалу щодо відокремлено від інших сукупностей того ж виду, становить популяцію. На популяційному рівні здійснюються найпростіші еволюційні перетворення, що сприяє поступовому появі нового виду.

7. Біогеоценотичний рівень.

Сукупність організмів різних видів та різної складності організації, пристосованих до однакових умов природного середовища, називається біогеоценозом, або природним співтовариством. До складу біогеоценозу входять численні види живих організмів та умови природного середовища. У природних біогеоценозах накопичується енергія та передається від одного організму до іншого. Біогеоценоз включає неорганічні, органічні сполуки та живі організми.

8. Біосферний рівень.

Сукупність всіх живих організмів на нашій планеті та загального природного середовища їх проживання становить біосферний рівень. На біосферному рівні сучасна біологія вирішує глобальні проблеми, наприклад, визначення інтенсивності утворення вільного кисню рослинним покривом Землі або зміни концентрації вуглекислого газу в атмосфері, пов'язані з діяльністю людини. Головну роль біосферному рівні виконують " живі речовини " , т. е. сукупність живих організмів, населяючих Землю. Також у біосферному рівні мають значення "біокосні речовини", що утворилися в результаті життєдіяльності живих організмів і "кісних" речовин, тобто умов довкілля. На біосферному рівні відбувається кругообіг речовин та енергії на Землі за участю всіх живих організмів біосфери.

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. При всіх формах безстатевого розмноження нащадки мають генотип (сукупність генів) ідентичним 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.