Нива на организация на живата материя- йерархично подчинени на нивото на организация на биосистемите, отразяващи нивата на тяхното усложняване. Най-често се разграничават шест основни структурни нива на живота: молекулярно, клетъчно, организмово, популационно-видово, биогеоценотично и биосферно. Обикновено всяко от тези нива е система от подсистеми от по-ниско ниво и подсистема от система от по-високо ниво.

Трябва да се подчертае, че изграждането на универсален списък от нива на биосистеми е невъзможно. Препоръчително е да се отдели отделно ниво на организация, ако върху него се появят нови свойства, които липсват в системи от по-ниско ниво. Например, феноменът живот се случва на клетъчно ниво, а потенциалното безсмъртие - върху населението. При изучаването на различни обекти или различни аспекти на тяхното функциониране могат да се разграничат различни набори от нива на организация. Например при едноклетъчните организми клетъчното и организмовото ниво съвпадат. При изучаване на пролиферацията (възпроизвеждането) на клетките на многоклетъчно ниво може да се наложи да се изолират отделни тъканни и органни нива, тъй като специфични механизми на регулиране на изследвания процес могат да бъдат характерни за тъкан и орган.

Един от изводите от обща теориясистеми е, че биосистемите от различни нива могат да бъдат сходни по своите основни свойства, например принципите на регулиране на параметри, важни за тяхното съществуване

Молекулярно ниво на организация на живота

Това са специфични за живите организми класове органични съединения (протеини, мазнини, въглехидрати, нуклеинови киселини и др.), взаимодействието им помежду си и с неорганичните компоненти, ролята им в метаболизма и енергията в организма, съхранението и предаването на наследствени информация. Това ниво може да се нарече първоначалното, най-дълбокото ниво на организация на живите. Всеки жив организъм е изграден от молекули на органични вещества-протеини, нуклеинова киселина, въглехидрати, мазнини в клетките. Връзката между молекулярното ниво и следващото клетъчно ниво се осигурява от факта, че молекулите са материалът, от който се създават надмолекулни клетъчни структури. Само чрез изучаване на молекулярно ниво може да се разбере как протичат процесите на произход и еволюция на живота на нашата планета, какви са молекулярните основи на наследствеността и метаболитните процеси в организма. В крайна сметка именно на молекулярно ниво се извършва трансформацията на всички видове енергия и метаболизъм в клетката. Механизмите на тези процеси също са универсални за всички живи организми.

Компоненти

• Молекули на неорганични и органични съединения
• Молекулни комплекси от химични съединения (мембрана и др.)

Основни процеси

• Комбиниране на молекули в специални комплекси
• Изпълнение на физически химична реакцияв ред
• ДНК копиране, кодиране и предаване на генетична информация

• Биохимия
• Биофизика
• Молекулярна биология
• Молекулярна генетика

Клетъчно ниво на организация на живота

Представени от свободно живеещи едноклетъчни организми и клетки, включени в многоклетъчните организми.

Компоненти

• Комплекси от молекули на химични съединения и клетъчни органели.

Основни процеси

• биосинтеза, фотосинтеза
• Регулиране на химичните реакции
• клетъчно делене
• атракция химически елементиЗемната и слънчевата енергия в биосистемата

Водещи научни изследвания на това ниво

• Генното инженерство
• Цитогенетика
• Цитология
• Ембриология Геология

Тъканно ниво на организация на живота

Тъканното ниво е представено от тъкани, които обединяват клетки с определена структура, размер, местоположение и подобни функции. Тъканите са възникнали по време на историческо развитиезаедно с многоклитинизма. При многоклетъчните организми те се образуват по време на онтогенезата в резултат на клетъчната диференциация. При животните се разграничават няколко вида тъкани (епителни, съединителни, мускулни, нервни, както и кръв и лимфа). В растенията се разграничават меристематични, защитни, основни и водещи тъкани. На това ниво се извършва клетъчна специализация.

Научни дисциплини, които извършват изследвания на това ниво: хистология.

Органно ниво на организация на живота

Органното ниво е представено от органите на организмите. В най-простия храносмилането, дишането, циркулацията на веществата, отделянето, движението и размножаването се осъществяват от различни органели. В по-напредналите организми има системи от органи. При растенията и животните органите се образуват от различно количествотъкани. Гръбначните се характеризират с цефализация, защитена от концентрацията на най-важните центрове и сетивни органи в главата.

Организмово ниво на организация на живота

Представени от едноклетъчни и многоклетъчни организми от растения, животни, гъби и бактерии.

Компоненти

• Клетката е основният структурен компонент на тялото. Клетките образуват тъкани и органи на многоклетъчни организми

Основни процеси

• Метаболизъм (метаболизъм)
• раздразнителност
• размножаване
• Онтогенеза
• Невро-хуморална регулация на жизнените процеси
• хомеостаза

Водещи научни изследвания на това ниво

• Анатомия
• Биометрия
• Морфология
• Физиология
• Хистология

Популационно-видово ниво на организация на живота

Представени в природата от огромно разнообразие от видове и техните популации.

Компоненти

• Групи от свързани индивиди, обединени от определен генофонд и специфично взаимодействие с околен свят

Основни процеси

1. генетична идентичност
2. Взаимодействия между индивиди и популации
3. Натрупване на елементарни еволюционни трансформации
4. Осъществяване на микроеволюция и развитие на адаптация към променяща се среда

• Видообразуване

1. Увеличаване на биоразнообразието

Водещи научни изследвания на това ниво

• Популационна генетика
• Теория на еволюцията
• Екология

Биогеоценотично ниво на организация на живота

Представено от разнообразието от природни и културни екосистеми във всички жизнени среди.

Компоненти

• Популации от различни видове
• фактори на околната среда
• Хранителни мрежи, потоци материя и енергия

Основни процеси

• Биохимичен цикъл на веществата и потокът от енергия, които поддържат живота
• Подвижен баланс между живите организми и абиотичната среда (хомеостаза)
• Осигуряване на живи организми с условия и ресурси (храна и подслон)

Водещи научни изследвания на това ниво

• биогеография
• Биогеоценология
• Екология

Биосферно ниво на организация на живота

По-горе е представена глобалната форма на организация на биосистемите - биосферата.

Компоненти

• Биогеоценози
• Антропогенно въздействие

Основни процеси

• Активно взаимодействие на живата и неживата материя на планетата
• Биологичен кръговрат на материя и енергия
• Активно биогеохимично участие на човека във всички процеси на биосферата, нейната икономическа и етнокултурна дейност

Водещи научни изследвания на това ниво

• Екология
  • глобална екология
  • космическа екология
  • социална екология

Нива на организация органичен свят- дискретни състояния на биологични системи, характеризиращи се със субординация, взаимосвързаност, специфични модели.

Структурните нива на организация на живота са изключително разнообразни, но основните са молекулярно, клетъчно, онтогенетично, популационно-видово, биоценотично и биосферно.

1. Молекулярно генетичен стандарт на живот. Най-важните задачи на биологията на този етап са изучаването на механизмите на предаване на генна информация, наследствеността и променливостта.

Има няколко механизма на променливост на молекулярно ниво. Най-важният от тях е механизмът на генната мутация - директната трансформация на самите гени под въздействието на външни фактори. Факторите, предизвикващи мутацията са: радиация, токсични химични съединения, вируси.

Друг механизъм на променливост е генната рекомбинация. Такъв процес протича по време на половото размножаване във висшите организми. В този случай няма промяна в общото количество генетична информация.

Друг механизъм на променливост е открит едва през 50-те години. Това е некласическа рекомбинация на гени, при която има общо увеличение на количеството генетична информация поради включването на нови генетични елементи в клетъчния геном. Най-често тези елементи се въвеждат в клетката от вируси.

2. Клетъчно ниво. Днес науката надеждно е установила, че най-малката независима единица от структурата, функционирането и развитието на живия организъм е клетката, която е елементарна биологична система, способна на самообновяване, самовъзпроизвеждане и развитие. Цитологията е наука, която изучава жива клетка, неговата структура, функционираща като елементарна жива система, изследва функциите на отделните клетъчни компоненти, процеса на възпроизвеждане на клетките, адаптирането им към условията на околната среда и др. Цитологията изучава също особеностите на специализираните клетки, формирането на техните специални функции и развитието на специфични клетъчни структури. Така съвременната цитология се нарича клетъчна физиология.

Значителен напредък в изучаването на клетките настъпва в началото на 19 век, когато е открито и описано клетъчното ядро. Въз основа на тези изследвания е създадена клетъчната теория, която става най-великото събитиев биологията през 19 век. Именно тази теория послужи като основа за развитието на ембриологията, физиологията и теорията за еволюцията.

Най-важната част от всички клетки е ядрото, което съхранява и възпроизвежда генетична информация, регулира метаболитните процеси в клетката.

Всички клетки са разделени на две групи:

Прокариоти - клетки без ядро

еукариотите са клетки, които съдържат ядра

Изучавайки жива клетка, учените обърнаха внимание на съществуването на два основни вида нейно хранене, което позволи на всички организми да бъдат разделени на два вида:

Автотрофни - произвеждат собствени хранителни вещества

· Хетеротрофни – не могат без органични храни.

По-късно такива важни фактори като способността на организмите да синтезират необходимите вещества (витамини, хормони), да си осигуряват енергия, зависимостта от екологична средаи др.. По този начин сложният и диференциран характер на връзките показва необходимостта от систематичен подход към изучаването на живота и на онтогенетично ниво.

3. Онтогенетично ниво. многоклетъчни организми. Това ниво е възникнало в резултат на образуването на живи организми. Основната единица на живота е индивидът, а елементарното явление е онтогенезата. Физиологията се занимава с изучаването на функционирането и развитието на многоклетъчните живи организми. Тази наука разглежда механизмите на действие на различни функции на живия организъм, тяхната връзка помежду си, регулиране и адаптиране към външната среда, произход и формиране в процеса на еволюцията и индивидуалното развитие на индивида. Всъщност това е процесът на онтогенезата - развитието на организма от раждането до смъртта. В този случай се случва растеж, движение на отделни структури, диференциация и усложняване на организма.

Всички многоклетъчни организми са съставени от органи и тъкани. Тъканите са група физически свързани клетки и междуклетъчни вещества за изпълнение на определени функции. Тяхното изследване е предмет на хистологията.

Органите са относително големи функционални единици, които комбинират различни тъкани в определени физиологични комплекси. От своя страна органите са част от по-големи единици - телесни системи. Сред тях са нервната, храносмилателната, сърдечно-съдовата, дихателната и други системи. Вътрешни органисе среща само при животни.

4. Популационно-биоценотично ниво. Това е надорганизмено ниво на живот, чиято основна единица е населението. За разлика от популацията, видът е съвкупност от индивиди, които са сходни по структура и физиологични свойстваимащи общ произход, способни да се кръстосват свободно и да произвеждат плодородно потомство. Един вид съществува само чрез популации, представляващи генетично отворени системи. Популационната биология е изследване на популациите.

Терминът "популация" е въведен от един от основателите на генетиката В. Йохансен, който го нарича генетично разнороден набор от организми. По-късно населението започва да се разглежда като цялостна система, непрекъснато взаимодействаща с околната среда. Именно популациите са реалните системи, чрез които съществуват видовете живи организми.

Популациите са генетично отворени системи, тъй като изолацията на популациите не е абсолютна и обменът на генетична информация не е възможен от време на време. Популациите са тези, които действат като елементарни единици на еволюцията; промените в техния генофонд водят до появата на нови видове.

Популациите, способни на самостоятелно съществуване и трансформация, са обединени в съвкупността на следващото надорганично ниво - биоценози. Биоценоза - съвкупност от популации, живеещи на определена територия.

Биоценозата е система, затворена за чужди популации, за съставящите я популации тя е отворена система.

5. Биогеоцетонично ниво. Биогеоценозата е стабилна система, която може да съществува дълго време. Равновесието в живата система е динамично, т.е. представлява постоянно движение около определена точка на стабилност. За нейното стабилно функциониране е необходима обратна връзка между управляващата и изпълнителната подсистеми. Този начин на поддържане на динамично равновесие между различните елементи на биогеоценозата, предизвикан от масовото размножаване на едни видове и намаляването или изчезването на други, което води до промяна в качеството на околната среда, се нарича екологична катастрофа.

Биогеоценозата е интегрална саморегулираща се система, в която се разграничават няколко вида подсистеми. Първичните системи са производители, които директно обработват нежива материя; консуматори - вторично ниво, на което материята и енергията се получават чрез използването на производителите; след това идват потребителите от втори ред. Има и чистачи и разлагачи.

Цикълът на веществата преминава през тези нива в биогеоценозата: животът участва в използването, обработката и възстановяването на различни структури. В биогеоценозата - еднопосочен енергиен поток. Това го прави отворена система, непрекъснато свързана със съседните биогеоценози.

Саморегулирането на биогеоцените протича толкова по-успешно, колкото по-разнообразен е броят на съставните му елементи. Устойчивостта на биогеоценозите зависи и от разнообразието на нейните компоненти. Загубата на един или повече компоненти може да доведе до необратим дисбаланс и смъртта му като цялостна система.

6. Биосферно ниво. то най-високо нивоорганизация на живота, обхващаща всички явления на живота на нашата планета. Биосферата е живото вещество на планетата и трансформираната от нея среда. Биологичният метаболизъм е фактор, който обединява всички други нива на организация на живота в една биосфера. На това ниво има циркулация на вещества и трансформация на енергия, свързана с жизнената дейност на всички живи организми, живеещи на Земята. Така биосферата е единна екологична система. Изследването на функционирането на тази система, нейната структура и функции е най-важната задача на биологията на това ниво на живот. Екологията, биоценологията и биогеохимията се занимават с изучаването на тези проблеми.

Развитието на учението за биосферата е неразривно свързано с името на изключителния руски учен В.И. Вернадски. Именно той успя да докаже връзката на органичния свят на нашата планета, действащ като едно неразривно цяло, с геоложките процеси на Земята. Вернадски открива и изучава биогеохимичните функции на живата материя.

Благодарение на биогенната миграция на атомите живата материя изпълнява своите геохимични функции. съвременна наукаидентифицира пет геохимични функции, които живата материя изпълнява.

1. Концентрационната функция се изразява в натрупването на определени химични елементи в живите организми поради тяхната дейност. Резултатът от това е появата на минерални запаси.

2. Транспортната функция е тясно свързана с първата функция, тъй като живите организми носят необходимите им химични елементи, които след това се натрупват в техните местообитания.

3. Енергийната функция осигурява енергийни потоци, проникващи в биосферата, което прави възможно извършването на всички биогеохимични функции на живата материя.

4. Разрушителна функция - функцията за унищожаване и обработка на органични остатъци, по време на този процес веществата, натрупани от организмите, се връщат към естествените цикли, има цикъл на веществата в природата.

5. Среднообразуваща функция - преобразуване на околната среда под въздействието на живата материя. Целият съвременен облик на Земята - съставът на атмосферата, хидросферата, горния слой на литосферата; повечето от минералите; климатът е резултат от действието на Живота.

Има такива нива на организация на живата материя - нива на биологична организация: молекулярно, клетъчно, тъканно, органно, организмово, популационно-видово и екосистемно.

Молекулярно ниво на организация- това е нивото на функциониране на биологичните макромолекули - биополимери: нуклеинови киселини, протеини, полизахариди, липиди, стероиди. От това ниво започват най-важните жизнени процеси: метаболизъм, преобразуване на енергия, трансфер наследствена информация. На това ниво се изучават: биохимия, молекулярна генетика, молекулярна биология, генетика, биофизика.

Клетъчно ниво- това е нивото на клетките (клетки на бактерии, цианобактерии, едноклетъчни животни и водорасли, едноклетъчни гъби, клетки на многоклетъчни организми). Клетката е структурна единица на живите, функционална единица, единица на развитие. Това ниво се изучава от цитологията, цитохимията, цитогенетиката, микробиологията.

Тъканно ниво на организация- Това е нивото, на което се изучава структурата и функционирането на тъканите. Това ниво се изучава от хистологията и хистохимията.

Органно ниво на организация- Това е нивото на органите на многоклетъчните организми. Анатомията, физиологията, ембриологията изучават това ниво.

Организмово ниво на организация- това е нивото на едноклетъчните, колониалните и многоклетъчните организми. Спецификата на организмовото ниво е, че на това ниво се извършва декодирането и внедряването на генетична информация, формирането на характеристики, присъщи на индивидите от даден вид. Това ниво се изучава от морфология (анатомия и ембриология), физиология, генетика, палеонтология.

Популационно-видово нивое нивото на популациите от индивиди - популациии видове. Това ниво се изучава от систематика, таксономия, екология, биогеография, популационна генетика. На това ниво генетичните и екологични особености на популациите, елементарно еволюционни фактории влиянието им върху генофонда (микроеволюция), проблемът за опазване на видовете.

Екосистемно ниво на организация- това е нивото на микроекосистемите, мезоекосистемите, макроекосистемите. На това ниво се изучават видовете хранене, видовете взаимоотношения между организмите и популациите в една екосистема, размер на населението, динамика на популацията, гъстота на популацията, продуктивност на екосистемата, сукцесии. Това ниво изучава екология.

Разпределете също биосферно ниво на организацияжива материя. Биосферата е гигантска екосистема, която заема част от географската обвивка на Земята. Това е мега екосистема. В биосферата има кръговрат на вещества и химични елементи, както и преобразуване на слънчевата енергия.

2. Основни свойства на живата материя

Метаболизъм (метаболизъм)

Метаболизмът (метаболизъм) е съвкупност от химични трансформации, протичащи в живите системи, които осигуряват тяхната жизнена дейност, растеж, възпроизводство, развитие, самосъхранение, постоянен контакт с околната среда, способност за адаптиране към нея и нейните промени. В процеса на метаболизма се извършва разделяне и синтез на молекули, които изграждат клетките; образуване, разрушаване и обновяване на клетъчни структури и междуклетъчно вещество. Метаболизмът се основава на взаимосвързани процеси на асимилация (анаболизъм) и дисимилация (катаболизъм). Асимилация - процесите на синтез на сложни молекули от прости с изразходването на енергия, съхранявана по време на дисимилацията (както и натрупването на енергия по време на отлагането на синтезирани вещества в резерва). Дисимилация - процесите на разграждане (анаеробни или аеробни) на сложни органични съединения, протичащи с освобождаване на енергия, необходима за осъществяване на жизнената дейност на организма. За разлика от телата на неживата природа, обменът с околната среда за живите организми е условие за тяхното съществуване. В този случай се случва самообновяване. Метаболитните процеси, протичащи в тялото, се комбинират в метаболитни каскади и цикли чрез химични реакции, които са строго подредени във времето и пространството. Координираният поток от голям брой реакции в малък обем се постига чрез подреденото разпределение на отделните метаболитни връзки в клетката (принципът на компартментализацията). Метаболитните процеси се регулират с помощта на биокатализатори - специални протеини-ензими. Всеки ензим има субстратна специфичност, за да катализира превръщането само на един субстрат. Тази специфика се основава на своеобразно "разпознаване" на субстрата от ензима. Ензимната катализа се отличава от небиологичната с изключително високата си ефективност, в резултат на което скоростта на съответната реакция се увеличава 1010 - 1013 пъти. Всяка ензимна молекула е способна да извършва от няколко хиляди до няколко милиона операции в минута, без да бъде унищожена в процеса на участие в реакциите. Друга характерна разлика между ензимите и небиологичните катализатори е, че ензимите са способни да ускоряват реакциите при нормални условия (атмосферно налягане, телесна температура и др.). Всички живи организми могат да бъдат разделени на две групи - автотрофи и хетеротрофи, различаващи се по източници на енергия и необходими вещества за живота си. Автотрофи - организми, които синтезират от неорганични вещества органични съединенияизползвайки енергията на слънчевата светлина (фотосинтетици - зелени растения, водорасли, някои бактерии) или енергията, получена от окисляването на неорганичен субстрат (хемосинтетици - сяра, железни бактерии и някои други), автотрофните организми са в състояние да синтезират всички клетъчни компоненти. Ролята на фотосинтезиращите автотрофи в природата е определяща - бидейки основен производител на органична материя в биосферата, те осигуряват съществуването на всички останали организми и протичането на биогеохимичните цикли в кръговрата на веществата на Земята. Хетеротрофите (всички животни, гъби, повечето бактерии, някои растения без хлорофил) са организми, които се нуждаят от готови органични вещества за своето съществуване, които, действайки като храна, служат както като източник на енергия, така и като необходим "строителен материал". Характерна особеност на хетеротрофите е наличието на амфиболизъм в тях, т.е. процес на образуване на малки органични молекули(мономери), образувани по време на смилането на храната (процесът на разграждане на сложни субстрати). Такива молекули - мономери се използват за сглобяване на собствени сложни органични съединения.

Самовъзпроизвеждане (възпроизвеждане)

Способността за възпроизвеждане (възпроизвеждане на себеподобни, самовъзпроизвеждане) се отнася до едно от основните свойства на живите организми. Възпроизвеждането е необходимо, за да се осигури непрекъснатостта на съществуването на видовете, т.к. продължителността на живота на отделния организъм е ограничена. Възпроизвеждането повече от компенсира загубите, причинени от естественото изчезване на индивидите, и по този начин поддържа запазването на вида в редица поколения индивиди. В процеса на еволюцията на живите организми се е случила еволюцията на методите за размножаване. Следователно в многобройните и разнообразни видове живи организми, които съществуват в момента, откриваме различни форми на възпроизводство. Много видове организми съчетават няколко метода на размножаване. Необходимо е да се разграничат два фундаментално различни вида възпроизвеждане на организмите - безполово (първичен и по-древен тип възпроизводство) и сексуално. В процеса на безполово размножаване се образува нов индивид от една или група клетки (в многоклетъчните) на майчиния организъм. При всички форми на безполово размножаване потомството има генотип (набор от гени), идентичен с майчиния. Следователно цялото потомство на един майчин организъм се оказва генетично хомогенно и дъщерните индивиди имат еднакъв набор от черти. При половото размножаване нов индивид се развива от зигота, образувана от сливането на две специализирани зародишни клетки (процес на оплождане), произведени от два родителски организма. Ядрото в зиготата съдържа хибриден набор от хромозоми, който се образува в резултат на обединяването на набори от хромозоми на слети ядра на гамети. Така в ядрото на зиготата се създава нова комбинация от наследствени наклонности (гени), внесени еднакво от двамата родители. И дъщерният организъм, развиващ се от зиготата, ще има нова комбинация от характеристики. С други думи, по време на сексуалното размножаване се осъществява комбинирана форма на наследствена променливост на организмите, което осигурява адаптирането на видовете към променящите се условия на околната среда и е съществен фактор в еволюцията. Това е значително предимство на сексуалното размножаване пред безполовото размножаване. Способността на живите организми да се самовъзпроизвеждат се основава на уникалното свойство на нуклеиновите киселини да се възпроизвеждат и на явлението матричен синтез, което е в основата на образуването на молекулите на нуклеиновите киселини и протеините. Самовъзпроизвеждането на молекулярно ниво определя както осъществяването на метаболизма в клетките, така и самовъзпроизвеждането на самите клетки. Клетъчното делене (самовъзпроизвеждането на клетките) е в основата на индивидуалното развитие на многоклетъчните организми и размножаването на всички организми. Размножаването на организмите осигурява самовъзпроизвеждането на всички видове, обитаващи Земята, което от своя страна обуславя съществуването на биогеоценози и биосфера.

Наследственост и изменчивост

Наследствеността осигурява материална приемственост (поток от генетична информация) между поколенията на организмите. Той е тясно свързан с възпроизводството на молекулярно, субклетъчно и клетъчно ниво. Генетичната информация, която определя разнообразието от наследствени черти, е криптирана в молекулярната структура на ДНК (за някои вируси в РНК). Гените кодират информация за структурата на синтезираните протеини, ензимни и структурни. Генетичният код е система за "записване" на информация за последователността на аминокиселините в синтезираните протеини, използвайки последователността на нуклеотидите в молекулата на ДНК. Съвкупността от всички гени на даден организъм се нарича генотип, а съвкупността от признаци се нарича фенотип. Фенотипът зависи както от генотипа, така и от факторите на вътрешната и външната среда, които влияят върху активността на гените и определят регулярните процеси. Съхранението и предаването на наследствената информация се извършва във всички организми с помощта на нуклеинови киселини, генетичният код е еднакъв за всички живи същества на Земята, т.е. той е универсален. Благодарение на наследствеността се предават черти от поколение на поколение, които осигуряват адаптивността на организмите към околната среда. Ако по време на размножаването на организмите се прояви само непрекъснатостта на съществуващите признаци и свойства, тогава на фона на променящите се условия на околната среда съществуването на организми би било невъзможно, тъй като необходимото условие за живота на организмите е тяхната адаптивност към условията на околната среда. Съществува променливост в разнообразието от организми, принадлежащи към един и същи вид. Променливостта може да се реализира в отделни организми в хода на тяхното индивидуално развитие или в рамките на група организми в поредица от поколения по време на размножаването. Има две основни форми на променливост, които се различават по механизмите на възникване, естеството на промяната в характеристиките и накрая, тяхното значение за съществуването на живите организми - генотипна (наследствена) и модификация (ненаследствена). Генотипната изменчивост е свързана с промяна в генотипа и води до промяна във фенотипа. В основата на генотипната вариабилност могат да бъдат мутации (мутационна вариабилност) или нови комбинации от гени, които възникват в процеса на оплождане по време на сексуално размножаване. При мутационната форма промените са свързани предимно с грешки в репликацията на нуклеиновите киселини. По този начин, появата на нови гени, които носят нова генетична информация; появяват се нови знаци. И ако новопоявилите се признаци са полезни за организма в конкретни условия, то те се „догонват” и „закрепват” от естествения подбор. По този начин адаптивността на организмите към условията на околната среда, разнообразието на организмите се основават на наследствената (генотипна) променливост и се създават предпоставки за положителна еволюция. При ненаследствена (модификация) променливост промените във фенотипа настъпват под въздействието на фактори на околната среда и не са свързани с промяна в генотипа. Модификациите (промени в признаците с модификационна променливост) възникват в рамките на нормалния диапазон на реакцията, която е под контрола на генотипа. Модификациите не се предават на бъдещите поколения. Стойността на модификационната променливост се състои в това, че тя осигурява адаптивността на организма към факторите на околната среда по време на живота му.

Индивидуално развитие на организмите

Всички живи организми се характеризират с процеса на индивидуално развитие - онтогенезата. Традиционно онтогенезата се разбира като процес на индивидуално развитие на многоклетъчен организъм (образуван в резултат на сексуално размножаване) от момента на образуване на зигота до естествената смърт на индивида. Поради разделянето на зиготата и последващите поколения клетки се образува многоклетъчен организъм, състоящ се от огромен брой различни видове клетки, различни тъкани и органи. Развитието на организма се основава на "генетичната програма" (въплътена в гените на хромозомите на зиготата) и се извършва в специфични условия на околната среда, които значително влияят върху процеса на внедряване на генетична информация по време на индивидуалното съществуване на индивида. На ранни стадиииндивидуално развитие, настъпва интензивен растеж (увеличаване на маса и размер), поради възпроизвеждането на молекули, клетки и други структури, и диференциация, т.е. поява на различия в структурата и усложняване на функциите. На всички етапи от онтогенезата различни фактори на околната среда (температура, гравитация, налягане, състав на храната по отношение на съдържанието на химични елементи и витамини, различни физични и химични агенти) оказват значително регулаторно влияние върху развитието на организма. Изследването на ролята на тези фактори в процеса на индивидуалното развитие на животните и хората е от голямо практическо значение, което нараства с интензифицирането на антропогенното въздействие върху природата. В различни области на биологията, медицината, ветеринарната медицина и други науки се провеждат широко изследвания за изучаване на процесите на нормално и патологично развитие на организмите, за изясняване на закономерностите на онтогенезата.

раздразнителност

Неразделно свойство на организмите и всички живи системи е раздразнителността - способността да се възприемат външни или вътрешни стимули (въздействие) и да се реагира адекватно на тях. В организмите раздразнителността е придружена от комплекс от промени, изразяващи се в промени в метаболизма, електрическия потенциал на клетъчните мембрани, физикохимичните параметри в цитоплазмата на клетките, в двигателните реакции, а високоорганизираните животни се характеризират с промени в поведението си.

4. централна догма молекулярна биология - правило, обобщаващо прилагането на генетична информация, наблюдавана в природата: информацията се предава от нуклеинова киселинада се катерицано не и в обратната посока. Правилото беше формулирано Франсис Крикв 1958 година и приведени в съответствие с натрупаните до този момент данни в 1970 година. Трансфер на генетична информация от ДНКда се РНКи от РНК до катерицае универсален за всички клетъчни организми без изключение, той е в основата на биосинтезата на макромолекулите. Репликацията на генома съответства на информационния преход ДНК → ДНК. В природата има и преходи РНК → РНК и РНК → ДНК (например при някои вируси), както и промяна конформациипротеини, прехвърляни от молекула на молекула.

Универсални начини за пренос на биологична информация

В живите организми има три вида хетерогенни, тоест състоящи се от различни полимерни мономери - ДНК, РНК и протеин. Прехвърлянето на информация между тях може да се извърши по 3 x 3 = 9 начина. Централната догма разделя тези 9 вида трансфер на информация в три групи:

Обща – среща се в повечето живи организми;

Особени - възникващи по изключение, в вирусии при подвижни елементи на геномаили при биологични условия експеримент;

Неизвестно - не е намерено.

ДНК репликация (ДНК → ДНК)

ДНК е основният начин, по който информацията се предава между поколенията живи организми, така че точното дублиране (репликация) на ДНК е много важно. Репликацията се извършва от комплекс от протеини, които се развиват хроматин, след това двойна спирала. След това ДНК полимеразата и свързаните с нея протеини изграждат идентично копие на всяка от двете вериги.

Транскрипция (ДНК → РНК)

Транскрипцията е биологичен процес, в резултат на който информацията, съдържаща се в ДНК сегмент, се копира върху синтезирана молекула. информационна РНК. Извършва се транскрипция транскрипционни фактории РНК полимераза. AT еукариотна клеткапървичният транскрипт (пре-иРНК) често се редактира. Този процес се нарича снаждане.

Транслация (РНК → протеин)

Разчита се зряла иРНК рибозомипо време на процеса на превод. AT прокариотниВ клетките процесът на транскрипция и транслация не е пространствено разделен и тези процеси са конюгирани. AT еукариотнимясто на транскрипция в клетките клетъчно ядроотделено от сайта на излъчване ( цитоплазма) ядрена мембрана, така че иРНК транспортирани от ядротов цитоплазмата. иРНК се чете от рибозомата под формата на три нуклеотид"думи". комплекси иницииращи фактории фактори на удължаванедоставят аминоацилирани трансферни РНКкъм иРНК-рибозомния комплекс.

5. обратна транскрипцияе процесът на образуване на двойноверижен ДНКвърху едноверижна матрица РНК. Този процес се нарича обратентранскрипция, тъй като трансферът на генетична информация в този случай се извършва в "обратна" посока спрямо транскрипцията.

Идеята за обратна транскрипция първоначално беше много непопулярна, тъй като противоречи централната догма на молекулярната биология, което предполага, че ДНК транскрибиранидо РНК и извън него излъчванев протеини. Намерен в ретровируси, например, ХИВи в случай ретротранспозони.

трансдукция(от лат. transductio- движение) - процес на прехвърляне бактериална ДНКот една клетка в друга бактериофаг. Общата трансдукция се използва в бактериалната генетика за геномно картографиранеи дизайн щамове. Както умерените, така и вирулентните фаги са способни на трансдукция, като последните обаче унищожават бактериалната популация, така че трансдукцията с тяхна помощ няма от голямо значениеили в природата, или в изследванията.

Векторна ДНК молекула е ДНК молекула, която действа като носител. Молекулата носител трябва да има редица характеристики:

Способност за автономна репликация в клетка гостоприемник (обикновено бактериална или дрождена)

Наличието на избираем маркер

Наличие на удобни сайтове за ограничаване

Най-често срещаните вектори са бактериалните плазмиди.

Биосфера и човек, структурата на биосферата.

Биосфера - обвивката на Земята, обитавана от живи организми, под тяхно влияние и заета от продуктите на тяхната жизнена дейност; "филм на живота"; глобална екосистема на Земята.

Границите на биосферата:

Горна граница в атмосферата: 15-20 км. Определено е озонов слой, забавящи късовълновата ултравиолетова радиация, пагубна за живите организми.

· Долна граница в литосферата: 3,5-7,5 км. Определя се от температурата на прехода на водата в пара и температурата на денатурация на протеина, но като цяло разпространението на живи организми е ограничено до дълбочина от няколко метра.

· Границата между атмосферата и литосферата в хидросферата: 10-11 км. Определя се от дъното на Световния океан, включително дънните седименти.

Човекът също е част от биосферата, неговата дейност превъзхожда много природни процеси. Тази постоянна връзка се нарича закон на бумеранга или закон обратна връзкавзаимодействие човек-биосфера.

За да коригира човешкото поведение по отношение на природата, Б. Комонър формулира четири закона, които от гледна точка на Реймерс

1 - всичко е свързано с всичко

2 - всичко трябва да отиде някъде

3 - природата знае най-добре

4 - нищо не се дава безплатно

Структура на биосферата:

· Жива материя - съвкупността от телата на живите организми, населяващи Земята, е физико-химично единна, независимо от тяхната систематична принадлежност. Масата на живата материя е сравнително малка и се оценява на 2,4 ... 3,6 1012 тона (в сухо тегло) и е по-малко от една милионна от цялата биосфера (около 3 1018 тона), което от своя страна е по-малко от една хилядна от масата на Земята. Но това е една от „най-мощните геохимични сили на нашата планета“, защото живите организми не просто обитават земната корано преобразяват лицето на земята. Живите организми обитават земната повърхностмного неравномерно. Разпределението им зависи от географската ширина.

Биогенно вещество - вещество, създадено и преработено от жив организъм. По време на органичната еволюция живите организми са преминали през своите органи, тъкани, клетки и кръв хиляди пъти над по-голямата част от атмосферата, целия обем на световния океан и огромна маса от минерални вещества. Тази геоложка роля на живата материя може да си представим от находищата на въглища, нефт, карбонатни скали и др.

Инертно вещество - продукти, образувани без участието на живи организми.

· Биоинертно вещество - вещество, което се създава едновременно от живи организми и инертни процеси, представляващи динамично балансирани системи от двете. Такива са почва, тиня, кора на изветряне и др. В тях водеща роля играят организмите.

Вещество, подложено на радиоактивно разпадане.

· Разпръснати атоми, непрекъснато създавани от всякакъв вид земна материя под въздействието на космическата радиация.

Вещество от космически произход.

нива на организация на живота.

Нива на организация на живота - йерархично подчинени нива на организация на биосистемите, отразяващи нивата на тяхната сложност. Най-често се разграничават седем основни структурни нива на живота: молекулярно, клетъчно, органно-тъканно, организмово, популационно-видово, биогеоценотично и биосферно. Обикновено всяко от тези нива е система от подсистеми от по-ниско ниво и подсистема от система от по-високо ниво.

1) Молекулярно нивоорганизация на живота

Той е представен от различни молекули, открити в жива клетка (комбиниране на молекули в специални комплекси, кодиране и прехвърляне на генетична информация)

2) Тъканно ниво на организация на живота

Тъканното ниво е представено от тъкани, които обединяват клетки с определена структура, размер, местоположение и подобни функции. Тъканите са възникнали в хода на историческото развитие заедно с многоклетъчността .. При животните се разграничават няколко вида тъкани (епителни, съединителни, мускулни, нервни). В растенията се разграничават меристематични, защитни, основни и проводими тъкани. На това ниво се извършва клетъчна специализация.

3) Органно ниво на организация на живота

Органното ниво е представено от органите на организмите. При протозоите храносмилането, дишането, циркулацията на веществата, отделянето, движението и размножаването се извършват от различни органели. По-напредналите организми имат системи от органи. При растенията и животните органите се образуват поради различен брой тъкани.

4) Органично (онтогенетично) ниво на организация на живота

Тя е представена от едноклетъчни и многоклетъчни организми от растения, животни, гъби и бактерии.Клетката е основният структурен компонент на организма.

5) Популационно-видово ниво на организация на живота

В природата е представен от огромно разнообразие от видове и техните популации.

6) Биогеоценотично ниво на организация на живота

Представен е от разнообразни природни и културни биогеоценози във всички жизнени среди.

7) Биосферно ниво на организация на живота

Тя е представена от най-висшата, глобална форма на организация на биосистемите - биосферата.

3. Разпространението и ролята на живата материя на планетата.

Живите организми, регулиращи циркулацията на веществата, служат като мощен геоложки фактор, който формира повърхността на Земята.

НИВА НА ОРГАНИЗАЦИЯ НА ЖИВОТ

Има молекулярно, клетъчно, тъканно, органно, организмово, популационно, видово, биоценотично и глобално (биосферно) ниво на организация на живите. На всички тези нива се проявяват всички свойства, характерни за живите същества. Всяко от тези нива се характеризира с характеристики, присъщи на други нива, но всяко ниво има свои специфични особености.

Молекулярно ниво.Това ниво е дълбоко в организацията на живите и е представено от молекули на нуклеинови киселини, протеини, въглехидрати, липиди и стероиди, които са в клетките и се наричат ​​биологични молекули. На това ниво се инициират и осъществяват най-важните процеси на жизнената дейност (кодиране и предаване на наследствена информация, дишане, метаболизъм и енергиен метаболизъм, изменчивост и др.). Физическата и химична специфика на това ниво се състои в това, че съставът на живите включва голям брой химични елементи, но по-голямата част от живите е представена от въглерод, кислород, водород и азот. Молекулите се образуват от група атоми, а от последните се образуват сложни химични съединения, различни по структура и функция. Повечето от тези съединения в клетките са представени от нуклеинови киселини и протеини, чиито макромолекули са полимери, синтезирани в резултат на образуването на мономери и комбинацията на последните в определен ред. В допълнение, мономерите на макромолекулите в едно и също съединение имат едни и същи химични групи и са свързани чрез химически връзкимежду атомите, тяхната неспециф

ични части (области). Всички макромолекули са универсални, тъй като са изградени по един и същ план, независимо от техния вид. Тъй като са универсални, те същевременно са и уникални, защото структурата им е уникална. Например съставът на ДНК нуклеотидите включва една азотна основа от четирите известни (аденин, гуанин, цитозин или тимин), в резултат на което всеки нуклеотид е уникален по своя състав. Вторичната структура на ДНК молекулите също е уникална.

Биологичната специфика на молекулярно ниво се определя от функционалната специфика на биологичните молекули. Например, спецификата на нуклеиновите киселини се състои в това, че те кодират генетичната информация за синтеза на протеини. Освен това тези процеси се извършват в резултат на едни и същи етапи на метаболизма. Например, биосинтезата на нуклеинови киселини, аминокиселини и протеини следва подобен модел във всички организми. Окислението на мастни киселини, гликолизата и други реакции също са универсални.

Специфичността на протеините се определя от специфичната последователност на аминокиселините в техните молекули. Тази последователност допълнително определя специфичните биологични свойства на протеините, тъй като те са основните структурни елементи на клетките, катализатори и регулатори на реакциите в клетките. Въглехидратите и липидите служат като най-важните източници на енергия, докато стероидите са важни за регулирането на редица метаболитни процеси.

На молекулярно ниво енергията се преобразува - лъчиста енергия в химическа енергия, съхранявана във въглехидрати и др. химични съединения, а химична енергиявъглехидрати и други молекули - в биологично достъпна енергия, съхранявана под формата на макроергични връзки на АТФ. И накрая, тук енергията на макроергичните фосфатни връзки се превръща в работа – механична, електрическа, химична, осмотична. Механизмите на всички метаболитни и енергийни процеси са универсални.

Биологичните молекули също осигуряват приемственост между молекулите и следващото ниво (клетъчно), тъй като те са материалът, от който се формират надмолекулните структури. Молекулярното ниво е "арената" на химичните реакции, които осигуряват енергия на клетъчното ниво.

Клетъчно ниво.Това ниво на организация на живите е представено от клетки, действащи като независими организации.

mov (бактерии, протозои и др.), както и клетки на многоклетъчни организми. Основната особеност на това ниво е, че животът започва от него. Като способни на живот, растеж и възпроизводство, клетките са основната форма на организация на живата материя, елементарните единици, от които са изградени всички живи същества (прокариоти и еукариоти). Няма фундаментални разлики в структурата и функцията между растителните и животинските клетки. Някои разлики се отнасят само до структурата на техните мембрани и отделни органели. Има забележими разлики в структурата между прокариотните клетки и еукариотните клетки, но във функционално отношение тези разлики са изравнени, тъй като правилото „клетка от клетка“ важи навсякъде.

Спецификата на клетъчното ниво се определя от специализацията на клетките, съществуването на клетките като специализирани единици на многоклетъчен организъм. На клетъчно ниво има диференциация и подреждане на жизнените процеси в пространството и времето, което е свързано с ограничаването на функциите в различни субклетъчни структури. Например, еукариотните клетки имат значително развити мембранни системи (плазмена мембрана, цитоплазмен ретикулум, ламеларен комплекс) и клетъчни органели (ядро, хромозоми, центриоли, митохондрии, пластиди, лизозоми, рибозоми). Мембранните структури са "арена" на най-важните жизнени процеси, а двуслойната структура на мембранната система значително увеличава площта на "арената". В допълнение, мембранните структури осигуряват пространствено разделяне на много биологични молекули в клетките и техните физическо състояниепозволява постоянното дифузно движение на някои от молекулите на протеините и фосфолипидите, съдържащи се в тях. По този начин мембраните са система, чиито компоненти са в движение. Те се характеризират с различни пренареждания, което определя дразнимостта на клетките - най-важното свойство на живите.

тъканно ниво.Това ниво е представено от тъкани, които съчетават клетки с определена структура, размер, местоположение и подобни функции. Тъканите са възникнали в хода на историческото развитие заедно с многоклетъчността. При многоклетъчните организми те се образуват по време на онтогенезата в резултат на клетъчната диференциация. При животните се разграничават няколко вида тъкани (епителни, съединителни, мускулни, кръвни, нервни и репродуктивни). Състезанията

сенките разграничават меристемни, защитни, основни и проводими тъкани. На това ниво се извършва клетъчна специализация.

Органно ниво.Представени от органи на организми. При растенията и животните органите се образуват поради различен брой тъкани. При протозоите храносмилането, дишането, циркулацията на веществата, отделянето, движението и размножаването се извършват от различни органели. По-напредналите организми имат системи от органи. Гръбначните животни се характеризират с цефализация, която се състои в концентрация на най-важните нервни центрове и сетивни органи в главата.

Нивото на организма.Това ниво е представено от самите организми - едноклетъчни и многоклетъчни организми от растителна и животинска природа. Специфична особеност на организмовото ниво е, че на това ниво се извършва декодирането и внедряването на генетичната информация, създаването на структурни и функционални особености, присъщи на организмите от даден вид.

видово ниво.Това ниво се определя от растителни и животински видове. В момента има около 500 хиляди вида растения и около 1,5 милиона вида животни, чиито представители се характеризират с голямо разнообразие от местообитания и заемат различни екологични ниши. Видът също е единица за класификация на живите същества.

ниво на населението.Растенията и животните не съществуват изолирано; те са обединени в популации, които се характеризират с определен генофонд. В рамките на един и същи вид може да има от една до много хиляди популации. В популациите се извършват елементарни еволюционни трансформации, разработва се нова адаптивна форма.

Биоценотично ниво.Представен е от биоценози - съобщества от организми от различни видове. В такива общности организмите от различни видове зависят до известна степен един от друг. В хода на историческото развитие са се развили биогеоценози (екосистеми), които са системи, състоящи се от взаимозависими общности от организми и абиотични фактори на околната среда. Екосистемите се характеризират с флуиден баланс между организмите и абиотични фактори. На това ниво се извършват материално-енергийните цикли, свързани с жизнената дейност на организмите.

Глобално (биосферно) ниво.Това ниво е най-висшата форма на организация на живите (живите системи). Тя е представена от биосферата. На това ниво всички цикли на материя-енергия са обединени в един гигантски биосферен цикъл на материя и енергия.

Между различни ниваорганизация на живите има диалектическо единство. Животът е организиран според типа системна организация, чиято основа е йерархията на системите. Преходът от едно ниво към друго е свързан със запазването на функционалните механизми, работещи на предишните нива, и е придружен от появата на структура и функции от нов тип, както и взаимодействие, характеризиращо се с нови характеристики, т.е. появява се ново качество.