Razine organizacije žive tvari- hijerarhijski su podređeni razini organizacije biosustava, odražavajući razine njihove složenosti. Najčešće se razlikuje šest glavnih strukturnih razina života: molekularna, stanična, organska, populacijsko-vrstska, biogeocenotska i biosferna. Obično je svaka od ovih razina sustav podsustava niže razine i podsustav sustava više razine.

Treba naglasiti da je konstrukcija univerzalnog popisa razina biosustava nemoguća. Preporučljivo je izdvojiti zasebnu razinu organizacije ako se na njoj pojavljuju nova svojstva kojih nema u sustavima niže razine. Na primjer, fenomen života javlja se na staničnoj razini, a potencijalna besmrtnost - na populaciji. U proučavanju različitih objekata ili različitih aspekata njihova funkcioniranja mogu se razlikovati različiti skupovi razina organizacije. Na primjer, kod jednostaničnih organizama stanična i organska razina se podudaraju. Pri proučavanju proliferacije (razmnožavanja) stanica na višestaničnoj razini, možda će biti potrebno izolirati pojedinačne razine tkiva i organa, jer specifični mehanizmi regulacije procesa koji se proučava mogu biti karakteristični za tkivo i organ.

Jedan od zaključaka iz opća teorija sustava je da biosustavi različitih razina mogu biti slični po svojim bitnim svojstvima, na primjer, principima regulacije parametara važnih za njihovo postojanje

Molekularna razina organizacije života

To su klase organskih spojeva svojstvene živim organizmima (proteini, masti, ugljikohidrati, nukleinske kiseline itd.), njihova međusobna interakcija i interakcija s anorganskim komponentama, njihova uloga u metabolizmu i energiji u tijelu, skladištenje i prijenos nasljednih informacija. Ovu razinu možemo nazvati početnom, najdubljom razinom organizacije živih. Svaki živi organizam sastavljen je od molekula organskih tvari-proteina, nukleinske kiseline, ugljikohidrati, masti u stanicama. Povezanost molekularne razine sa sljedećom staničnom razinom osigurava činjenica da su molekule materijal od kojeg nastaju supramolekularne stanične strukture. Samo proučavanjem molekularne razine može se razumjeti kako su se odvijali procesi nastanka i evolucije života na našem planetu, koji su molekularni temelji nasljeđa i metaboličkih procesa u tijelu. Uostalom, na molekularnoj razini odvija se transformacija svih vrsta energije i metabolizma u stanici. Mehanizmi ovih procesa također su univerzalni za sve žive organizme.

Komponente

• Molekule anorganskih i organskih spojeva
• Molekularni kompleksi kemijskih spojeva (membrana, itd.)

Osnovni procesi

• Spajanje molekula u posebne komplekse
• Provedba fizičkog kemijske reakcije u redu
• DNA kopiranje, kodiranje i prijenos genetskih informacija

• Biokemija
• Biofizika
• Molekularna biologija
• Molekularna genetika

Stanična razina organizacije života

Predstavljaju ga slobodnoživući jednostanični organizmi i stanice uključene u višestanične organizme.

Komponente

• Kompleksi molekula kemijskih spojeva i staničnih organela.

Osnovni procesi

• biosinteza, fotosinteza
• Regulacija kemijskih reakcija
• dijeljenje stanica
• privlačnost kemijski elementi Energija Zemlje i Sunca u biosustavu

Znanstveno vodeće istraživanje na ovoj razini

• Genetski inženjering
• Citogenetika
• Citologija
• Embriologija Geologija

Tkivna razina organizacije života

Razinu tkiva predstavljaju tkiva koja ujedinjuju stanice određene strukture, veličine, položaja i sličnih funkcija. Tkiva su nastala tijekom povijesni razvoj zajedno s bagatoklitinizmom. U višestaničnih organizama nastaju tijekom ontogeneze kao rezultat diferencijacije stanica. U životinja se razlikuje nekoliko vrsta tkiva (epitelno, vezivno, mišićno, živčano, te krvno i limfno). Kod biljaka se razlikuju meristematsko, zaštitno, osnovno i vodeće tkivo. Na ovoj razini dolazi do specijalizacije stanica.

Znanstvene discipline koje provode istraživanja na ovoj razini: histologija.

Organska razina organizacije života

Organsku razinu predstavljaju organi organizama. U najjednostavnijem, probavu, disanje, kruženje tvari, izlučivanje, kretanje i razmnožavanje provode različite organele. U naprednijim organizmima postoje sustavi organa. Kod biljaka i životinja organi se grade od različita količina tkanine. Kralješnjake karakterizira cefalizacija zaštićena koncentracijom najvažnijih centara i osjetilnih organa u glavi.

Organizmska razina organizacije života

Predstavljaju ga jednostanični i višestanični organizmi biljaka, životinja, gljiva i bakterija.

Komponente

• Stanica je glavna strukturna komponenta tijela. Stanice tvore tkiva i organe višestaničnih organizama

Osnovni procesi

• Metabolizam (metabolizam)
• Razdražljivost
• reprodukcija
• Ontogeneza
• Neurohumoralna regulacija vitalnih procesa
• homeostaza

Znanstveno vodeće istraživanje na ovoj razini

• Anatomija
• Biometrija
• Morfologija
• Fiziologija
• Histologija

Populacijsko-vrstna razina organizacije života

U prirodi ih predstavlja velika raznolikost vrsta i njihovih populacija.

Komponente

• Skupine srodnih jedinki ujedinjenih određenim genom i specifičnom interakcijom s njima okoliš

Osnovni procesi

1. genetski identitet
2. Interakcije između pojedinaca i populacija
3. Akumulacija elementarnih evolucijskih transformacija
4. Provedba mikroevolucije i razvoj prilagodbe promjenjivoj okolini

• Specijacija

1. Povećanje biološke raznolikosti

Znanstveno vodeće istraživanje na ovoj razini

• Populacijska genetika
• Teorija evolucije
• Ekologija

Biogeocenotska razina organizacije života

Predstavljena raznolikošću prirodnih i kulturnih ekosustava u svim životnim sredinama.

Komponente

• Populacije različitih vrsta
• okolišni čimbenici
• Mreže ishrane, tokovi materije i energije

Osnovni procesi

• Biokemijski ciklus tvari i protok energije koji održavaju život
• Pokretna ravnoteža između živih organizama i abiotske sredine (homeostaza)
• Osiguravanje živim organizmima životnih uvjeta i resursa (hrana i sklonište)

Znanstveno vodeće istraživanje na ovoj razini

• biogeografija
• Biogeocenologija
• Ekologija

Biosferska razina organizacije života

Gore je prikazan globalni oblik organizacije biosustava - biosfera.

Komponente

• Biogeocenoze
• Antropogeni utjecaj

Osnovni procesi

• Aktivna interakcija žive i nežive materije planeta
• Biološki ciklus materije i energije
• Aktivno biogeokemijsko sudjelovanje čovjeka u svim procesima biosfere, njezinim gospodarskim i etnokulturnim aktivnostima

Znanstveno vodeće istraživanje na ovoj razini

• Ekologija
  • globalna ekologija
  • svemirska ekologija
  • socijalna ekologija

Razine organizacije organski svijet- diskretna stanja bioloških sustava, karakterizirana podređenošću, međusobnom povezanošću, specifičnim obrascima.

Strukturne razine organizacije života iznimno su raznolike, a glavne su molekularna, stanična, ontogenetska, populacijsko-specijska, biocenotska i biosferna.

1. Molekularno genetski životni standard. Najvažnija zadaća biologije u ovoj fazi je proučavanje mehanizama prijenosa genetskih informacija, nasljednosti i varijabilnosti.

Postoji nekoliko mehanizama varijabilnosti na molekularnoj razini. Najvažniji od njih je mehanizam mutacije gena - izravna transformacija samih gena pod utjecajem vanjskih čimbenika. Čimbenici koji uzrokuju mutaciju su: zračenje, toksični kemijski spojevi, virusi.

Drugi mehanizam varijabilnosti je rekombinacija gena. Takav se proces odvija tijekom spolnog razmnožavanja u višim organizmima. U ovom slučaju nema promjene u ukupnoj količini genetskih informacija.

Još jedan mehanizam varijabilnosti otkriven je tek 1950-ih. Riječ je o neklasičnoj rekombinaciji gena, u kojoj dolazi do općeg povećanja količine genetskih informacija zbog uključivanja novih genetskih elemenata u stanični genom. Najčešće, ove elemente u stanicu unose virusi.

2. Stanična razina. Danas je znanost pouzdano utvrdila da je najmanja samostalna jedinica građe, funkcioniranja i razvoja živog organizma stanica, koja je elementarni biološki sustav sposoban za samoobnavljanje, samoreprodukciju i razvoj. Citologija je znanost koja proučava živa stanica, njezina građa, funkcionirajući kao elementarni živi sustav, istražuje funkcije pojedinih staničnih sastavnica, proces stanične reprodukcije, prilagodbe okolišnim uvjetima itd. Citologija također proučava značajke specijaliziranih stanica, formiranje njihovih posebnih funkcija i razvoj specifičnih staničnih struktura. Stoga je moderna citologija nazvana fiziologijom stanice.

Značajan napredak u proučavanju stanica dogodio se početkom 19. stoljeća, kada je otkrivena i opisana stanična jezgra. Na temelju tih studija nastala je stanična teorija koja je postala najveći događaj u biologiji u 19. stoljeću. Upravo je ta teorija poslužila kao temelj za razvoj embriologije, fiziologije i teorije evolucije.

Najvažniji dio svih stanica je jezgra, koja pohranjuje i reproducira genetske informacije, regulira metaboličke procese u stanici.

Sve ćelije su podijeljene u dvije grupe:

Prokarioti - stanice bez jezgre

eukarioti su stanice koje sadrže jezgre

Proučavajući živu stanicu, znanstvenici su skrenuli pozornost na postojanje dvije glavne vrste njezine prehrane, što je omogućilo da se svi organizmi dijele u dvije vrste:

Autotrofni - proizvode vlastite hranjive tvari

· Heterotrofni – ne mogu bez organske hrane.

Kasnije, takvi važni čimbenici kao što su sposobnost organizma da sintetizira potrebne tvari (vitamine, hormone), opskrbe se energijom, ovisnost o ekološki okoliš i dr. Dakle, složena i diferencirana priroda veza ukazuje na potrebu sustavnog pristupa proučavanju života i na ontogenetskoj razini.

3. Ontogenetska razina. višestanični organizmi. Ova razina nastala je kao rezultat formiranja živih organizama. Osnovna jedinica života je jedinka, a elementarna pojava je ontogeneza. Fiziologija se bavi proučavanjem funkcioniranja i razvoja višestaničnih živih organizama. Ova znanost razmatra mehanizme djelovanja različitih funkcija živog organizma, njihov međusobni odnos, regulaciju i prilagodbu vanjskom okruženju, podrijetlo i formiranje u procesu evolucije i individualnog razvoja jedinke. Zapravo, to je proces ontogeneze - razvoj organizma od rođenja do smrti. U tom slučaju dolazi do rasta, kretanja pojedinih struktura, diferencijacije i usložnjavanja organizma.

Svi višestanični organizmi sastoje se od organa i tkiva. Tkiva su skupina fizički povezanih stanica i međustaničnih tvari za obavljanje određenih funkcija. Njihovo proučavanje je predmet histologije.

Organi su relativno velike funkcionalne cjeline koje spajaju različita tkiva u određene fiziološke cjeline. S druge strane, organi su dio većih jedinica - tjelesnih sustava. Među njima su živčani, probavni, kardiovaskularni, dišni i drugi sustavi. Unutarnji organi nalazi se samo kod životinja.

4. Populacijsko-biocenotska razina. Riječ je o nadorganizmskoj razini života čija je temeljna jedinica populacija. Za razliku od populacije, vrsta je skup jedinki koje su slične strukture i fiziološka svojstva imaju zajedničko podrijetlo, mogu se slobodno križati i proizvoditi plodno potomstvo. Vrsta postoji samo kroz populacije koje predstavljaju genetski otvorene sustave. Populacijska biologija proučava populacije.

Pojam "populacija" uveo je jedan od utemeljitelja genetike V. Johansen, koji ju je nazvao genetski heterogenim skupom organizama. Kasnije se stanovništvo počelo smatrati cjelovitim sustavom koji je u neprekidnoj interakciji s okolišem. Upravo su populacije pravi sustavi kroz koje postoje vrste živih organizama.

Populacije su genetski otvoreni sustavi, budući da izolacija populacija nije apsolutna i razmjena genetskih informacija nije moguća s vremena na vrijeme. Populacije su te koje djeluju kao elementarne jedinice evolucije; promjene u njihovom genskom fondu dovode do pojave novih vrsta.

Populacije sposobne za samostalan život i transformaciju ujedinjene su u agregat sljedeće nadorganizmske razine - biocenoze. Biocenoza - skup populacija koje žive na određenom području.

Biocenoza je sustav zatvoren za strane populacije, a za populacije koje je čine ona je otvoren sustav.

5. Biogeocetonska razina. Biogeocenoza je stabilan sustav koji može postojati dugo vremena. Ravnoteža u živom sustavu je dinamička, tj. predstavlja stalno kretanje oko određene točke stabilnosti. Za njegovo stabilno funkcioniranje nužna je povratna veza između upravljačkog i izvršnog podsustava. Ovakav način održavanja dinamičke ravnoteže između različitih elemenata biogeocenoze, uzrokovan masovnim razmnožavanjem jednih vrsta i smanjenjem ili nestankom drugih, što dovodi do promjene kvalitete okoliša, naziva se ekološka katastrofa.

Biogeocenoza je cjeloviti samoregulirajući sustav u kojem se razlikuje nekoliko vrsta podsustava. Primarni sustavi su proizvođači koji izravno obrađuju neživu tvar; potrošači - sekundarna razina na kojoj se materijal i energija dobivaju korištenjem proizvođača; zatim dolaze potrošači drugog reda. Tu su i čistači i razlagači.

Ciklus tvari prolazi kroz ove razine u biogeocenozi: život je uključen u korištenje, obradu i obnavljanje različitih struktura. U biogeocenozi - jednosmjerni protok energije. To ga čini otvorenim sustavom, kontinuirano povezanim sa susjednim biogeocenozama.

Samoregulacija biogeocena odvija se to uspješnije što je broj njegovih sastavnih elemenata raznolikiji. Stabilnost biogeocenoza ovisi i o raznolikosti njezinih komponenti. Gubitak jedne ili više komponenti može dovesti do nepovratne neravnoteže i njegove smrti kao cjelovitog sustava.

6. Razina biosfere. to najviša razina organizacija života, koja pokriva sve fenomene života na našem planetu. Biosfera je živa tvar planeta i njome preobražen okoliš. Biološki metabolizam je čimbenik koji ujedinjuje sve ostale razine organizacije života u jednu biosferu. Na ovoj razini postoji cirkulacija tvari i transformacija energije povezana s vitalnom aktivnošću svih živih organizama koji žive na Zemlji. Dakle, biosfera je jedinstveni ekološki sustav. Proučavanje funkcioniranja ovog sustava, njegove strukture i funkcija najvažniji je zadatak biologije na ovoj razini života. Proučavanjem ovih problema bave se ekologija, biocenologija i biogeokemija.

Razvoj doktrine biosfere neraskidivo je povezan s imenom izvanrednog ruskog znanstvenika V.I. Vernadski. Upravo je on uspio dokazati povezanost organskog svijeta našeg planeta, koji djeluje kao jedinstvena neodvojiva cjelina, s geološkim procesima na Zemlji. Vernadsky je otkrio i proučavao biogeokemijske funkcije žive tvari.

Zahvaljujući biogenoj migraciji atoma živa tvar obavlja svoje geokemijske funkcije. moderna znanost identificira pet geokemijskih funkcija koje živa tvar obavlja.

1. Koncentracijska funkcija izražava se u nakupljanju određenih kemijskih elemenata unutar živih organizama uslijed njihove aktivnosti. Rezultat toga bila je pojava mineralnih rezervi.

2. Transportna funkcija je usko povezana s prvom funkcijom, budući da živi organizmi prenose potrebne kemijske elemente, koji se zatim nakupljaju u njihovim staništima.

3. Energetska funkcija osigurava tokove energije koji prodiru u biosferu, što omogućuje provođenje svih biogeokemijskih funkcija žive tvari.

4. Destruktivna funkcija - funkcija uništavanja i prerade organskih ostataka, tijekom tog procesa, tvari nakupljene u organizmima vraćaju se u prirodne cikluse, postoji ciklus tvari u prirodi.

5. Srednjotvorna funkcija - transformacija okoliša pod utjecajem žive tvari. Cjelokupni suvremeni izgled Zemlje – sastav atmosfere, hidrosfere, gornjeg sloja litosfere; većina minerala; klima je rezultat djelovanja Života.

Postoje takve razine organizacije žive tvari - razine biološke organizacije: molekularna, stanična, tkivna, organska, organska, populacijsko-vrstna i ekosustavna.

Molekularna razina organizacije- ovo je razina funkcioniranja bioloških makromolekula - biopolimera: nukleinskih kiselina, proteina, polisaharida, lipida, steroida. Od ove razine započinju najvažniji životni procesi: metabolizam, pretvorba energije, prijenos nasljedne informacije. Ova razina se proučava: biokemija, molekularna genetika, molekularna biologija, genetika, biofizika.

Stanična razina- to je razina stanica (stanice bakterija, cijanobakterija, jednostaničnih životinja i algi, jednostaničnih gljiva, stanica višestaničnih organizama). Stanica je strukturna jedinica živog, funkcionalna jedinica, jedinica razvoja. Ovu razinu proučavaju citologija, citokemija, citogenetika, mikrobiologija.

Razina organizacije tkiva- To je razina na kojoj se proučava struktura i funkcioniranje tkiva. Ovu razinu proučavaju histologija i histokemija.

Organska razina organizacije- Ovo je razina organa višestaničnih organizama. Anatomija, fiziologija, embriologija proučavaju ovu razinu.

Organizmska razina organizacije- ovo je razina jednostaničnih, kolonijalnih i višestaničnih organizama. Specifičnost organske razine leži u činjenici da se na ovoj razini odvija dekodiranje i implementacija genetskih informacija, formiranje svojstava svojstvenih pojedincima određene vrste. Tu razinu proučavaju morfologija (anatomija i embriologija), fiziologija, genetika, paleontologija.

Populacijsko-vrstna razina je razina populacije jedinki - populacije i vrsta. Ovu razinu proučavaju sistematika, taksonomija, ekologija, biogeografija, populacijska genetika. Na ovoj razini, genetski i ekološke značajke populacija, osnovno evolucijski faktori i njihov utjecaj na genetski fond (mikroevolucija), problem očuvanja vrsta.

Razina organizacije ekosustava- ovo je razina mikroekosustava, mezoekosustava, makroekosustava. Na ovoj razini proučavaju se vrste prehrane, vrste odnosa između organizama i populacija u ekosustavu, veličina populacije populacijska dinamika, gustoća naseljenosti, produktivnost ekosustava, sukcesije. Ova razina proučava ekologiju.

Također dodijelite biosferska razina organizaciježiva materija. Biosfera je divovski ekosustav koji zauzima dio geografske ovojnice Zemlje. Ovo je mega ekosustav. U biosferi se odvija kruženje tvari i kemijskih elemenata, kao i pretvorba sunčeve energije.

2. Osnovna svojstva žive tvari

Metabolizam (metabolizam)

Metabolizam (metabolizam) je skup kemijskih transformacija koje se odvijaju u živim sustavima koji osiguravaju njihovu vitalnu aktivnost, rast, reprodukciju, razvoj, samoodržanje, stalni kontakt s okolišem, sposobnost prilagodbe njemu i njegovim promjenama. U procesu metabolizma dolazi do cijepanja i sinteze molekula koje čine stanice; stvaranje, razaranje i obnavljanje staničnih struktura i međustanične tvari. Metabolizam se temelji na međusobno povezanim procesima asimilacije (anabolizam) i disimilacije (katabolizam). Asimilacija - procesi sinteze složenih molekula iz jednostavnih uz trošenje energije pohranjene tijekom disimilacije (kao i akumulacija energije tijekom taloženja sintetiziranih tvari u rezervi). Disimilacija - procesi cijepanja (anaerobni ili aerobni) složenih organskih spojeva, uz oslobađanje energije potrebne za provedbu vitalne aktivnosti organizma. Za razliku od tijela nežive prirode, za žive organizme razmjena s okolinom uvjet je njihovog postojanja. U tom slučaju dolazi do samoobnavljanja. Metabolički procesi koji se odvijaju u tijelu kombiniraju se u metaboličke kaskade i cikluse kemijskim reakcijama, koje su strogo poredane u vremenu i prostoru. Usklađeni tijek velikog broja reakcija u malom volumenu postiže se uređenim rasporedom pojedinih metaboličkih karika u stanici (princip kompartmentalizacije). Metabolički procesi regulirani su uz pomoć biokatalizatora - posebnih proteina-enzima. Svaki enzim ima supstratnu specifičnost da katalizira pretvorbu samo jednog supstrata. Ta se specifičnost temelji na osebujnom "prepoznavanju" supstrata od strane enzima. Enzimska kataliza razlikuje se od nebiološke po izuzetno visokoj učinkovitosti, zbog čega se brzina odgovarajuće reakcije povećava za 1010 - 1013 puta. Svaka molekula enzima sposobna je izvesti od nekoliko tisuća do nekoliko milijuna operacija u minuti, a da se ne uništi u procesu sudjelovanja u reakcijama. Još jedna karakteristična razlika između enzima i nebioloških katalizatora je da enzimi mogu ubrzati reakcije u normalnim uvjetima (atmosferski tlak, tjelesna temperatura itd.). Svi živi organizmi mogu se podijeliti u dvije skupine - autotrofe i heterotrofe, koje se razlikuju po izvorima energije i potrebnim tvarima za život. Autotrofi - organizmi koji sintetiziraju iz anorganskih tvari organski spojevi koristeći energiju sunčeve svjetlosti (fotosintetici - zelene biljke, alge, neke bakterije) ili energiju dobivenu oksidacijom anorganskog supstrata (kemosintetici - bakterije sumpora, željeza i neke druge), autotrofni organizmi mogu sintetizirati sve stanične komponente. Uloga fotosintetskih autotrofa u prirodi je odlučujuća - budući da su primarni proizvođači organske tvari u biosferi, oni osiguravaju postojanje svih drugih organizama i tijek biogeokemijskih ciklusa u kruženju tvari na Zemlji. Heterotrofi (sve životinje, gljive, većina bakterija, neke biljke bez klorofila) su organizmi koji za svoje postojanje trebaju gotove organske tvari koje, djelujući kao hrana, služe i kao izvor energije i kao neophodan "građevni materijal". Karakteristična značajka heterotrofa je prisutnost amfibolizma u njima, tj. proces nastanka malih organske molekule(monomeri) nastali tijekom probave hrane (proces razgradnje složenih supstrata). Takve molekule - monomeri koriste se za sklapanje vlastitih složenih organskih spojeva.

Samoreprodukcija (razmnožavanje)

Sposobnost reprodukcije (razmnožavanje svoje vrste, samorazmnožavanje) odnosi se na jedno od temeljnih svojstava živih organizama. Razmnožavanje je neophodno kako bi se osigurao kontinuitet postojanja vrste, jer. životni vijek pojedinog organizma je ograničen. Razmnožavanje više nego nadoknađuje gubitke uzrokovane prirodnim izumiranjem jedinki i tako održava očuvanje vrste u nizu generacija jedinki. U procesu evolucije živih organizama odvijala se evolucija načina razmnožavanja. Stoga, u brojnim i raznolikim vrstama živih organizama koje trenutno postoje, nalazimo različite oblike reprodukcije. Mnoge vrste organizama kombiniraju nekoliko načina razmnožavanja. Potrebno je razlikovati dvije bitno različite vrste reprodukcije organizama - aseksualnu (primarni i stariji tip reprodukcije) i spolnu. U procesu nespolnog razmnožavanja nova jedinka nastaje iz jedne ili skupine stanica (u višestaničnim) majčinskog organizma. U svim oblicima nespolnog razmnožavanja, potomci imaju genotip (skup gena) identičan majčinom. Posljedično, pokazalo se da su svi potomci jednog majčinog organizma genetski homogeni, a jedinke kćeri imaju isti skup osobina. U spolnom razmnožavanju nova se jedinka razvija iz zigote nastale spajanjem dviju specijaliziranih zametnih stanica (proces oplodnje) koje proizvode dva roditeljska organizma. Jezgra u zigoti sadrži hibridni set kromosoma, koji nastaje kao rezultat spajanja skupova kromosoma spojenih jezgri gameta. U jezgri zigote, dakle, nastaje nova kombinacija nasljednih sklonosti (gena) koju podjednako unose oba roditelja. A organizam kćer koji se razvija iz zigote imat će novu kombinaciju značajki. Drugim riječima, tijekom spolnog razmnožavanja dolazi do implementacije kombinativnog oblika nasljedne varijabilnosti organizama, koji osigurava prilagodbu vrsta promjenjivim uvjetima okoliša i bitan je čimbenik evolucije. Ovo je značajna prednost spolnog razmnožavanja u odnosu na nespolno razmnožavanje. Sposobnost živih organizama da se samoreprodukuju temelji se na jedinstvenom svojstvu nukleinskih kiselina da se razmnožavaju i fenomenu matrične sinteze, koja je u osnovi stvaranja molekula nukleinskih kiselina i proteina. Samoreprodukcija na molekularnoj razini određuje kako provedbu metabolizma u stanicama tako i samoreprodukciju samih stanica. Dioba stanica (samorazmnožavanje stanica) u osnovi je individualnog razvoja višestaničnih organizama i razmnožavanja svih organizama. Razmnožavanje organizama osigurava samorazmnožavanje svih vrsta koje obitavaju na Zemlji, što pak uvjetuje postojanje biogeocenoza i biosfere.

Nasljednost i varijabilnost

Nasljedstvo osigurava materijalni kontinuitet (protok genetskih informacija) između generacija organizama. Usko je povezan s reprodukcijom na molekularnoj, substaničnoj i staničnoj razini. Genetske informacije koje određuju raznolikost nasljednih osobina šifrirane su u molekularnoj strukturi DNK (za neke viruse u RNK). Geni kodiraju informacije o strukturi sintetiziranih proteina, enzimskoj i strukturnoj. Genetski kod je sustav "bilježenja" informacija o slijedu aminokiselina u sintetiziranim proteinima pomoću slijeda nukleotida u molekuli DNA. Ukupnost svih gena jednog organizma naziva se genotip, a ukupnost svojstava fenotip. Fenotip ovisi kako o genotipu tako io čimbenicima unutarnje i vanjske okoline koji utječu na aktivnost gena i određuju pravilne procese. Pohranjivanje i prijenos nasljednih informacija vrši se u svim organizmima uz pomoć nukleinskih kiselina, genetski kod je isti za sva živa bića na Zemlji, tj. univerzalna je. Zbog nasljeđa se s koljena na koljeno prenose osobine koje osiguravaju prilagodljivost organizama okolišu. Ako bi se tijekom reprodukcije organizama očitovao samo kontinuitet postojećih znakova i svojstava, tada bi u pozadini promjenjivih uvjeta okoliša postojanje organizama bilo nemoguće, jer je nužan uvjet za život organizama njihova prilagodljivost uvjetima okoliša. Varijabilnost se očituje u raznolikosti organizama koji pripadaju istoj vrsti. Varijabilnost se može ostvariti kod pojedinačnih organizama u tijeku njihova individualnog razvoja ili unutar skupine organizama u nizu generacija tijekom razmnožavanja. Postoje dva glavna oblika varijabilnosti, koji se razlikuju po mehanizmima nastanka, prirodi promjene svojstava i, konačno, njihovom značaju za postojanje živih organizama - genotipska (nasljedna) i modifikacijska (nenasljedna). Genotipska varijabilnost povezana je s promjenom genotipa i dovodi do promjene fenotipa. Temelj genotipske varijabilnosti mogu biti mutacije (mutacijska varijabilnost) ili nove kombinacije gena koje nastaju tijekom oplodnje tijekom spolnog razmnožavanja. Kod mutacijskog oblika promjene su prvenstveno povezane s pogreškama u replikaciji nukleinskih kiselina. Dakle, pojava novih gena koji nose nove genetske informacije; pojavljuju se novi znakovi. A ako su novonastali znakovi korisni organizmu u specifičnim uvjetima, onda ih "hvata" i "popravlja" prirodna selekcija. Time se na nasljednoj (genotipskoj) varijabilnosti temelji prilagodljivost organizama na uvjete okoliša, raznolikost organizama te se stvaraju preduvjeti za pozitivnu evoluciju. Uz nenasljednu (modifikacijsku) varijabilnost, promjene u fenotipu nastaju pod utjecajem čimbenika okoliša i nisu povezane s promjenom genotipa. Modifikacije (promjene svojstava s modifikacijskom varijabilnošću) događaju se unutar normalnog raspona reakcije, koja je pod kontrolom genotipa. Izmjene se ne prenose na buduće generacije. Vrijednost modifikacijske varijabilnosti je u tome što osigurava prilagodljivost organizma čimbenicima okoliša tijekom njegova života.

Individualni razvoj organizama

Sve žive organizme karakterizira proces individualnog razvoja - ontogeneza. Tradicionalno se ontogeneza shvaća kao proces individualnog razvoja višestaničnog organizma (nastalog kao rezultat spolnog razmnožavanja) od trenutka formiranja zigote do prirodne smrti jedinke. Zbog diobe zigote i naknadnih generacija stanica nastaje višestanični organizam koji se sastoji od ogromnog broja različitih vrsta stanica, raznih tkiva i organa. Razvoj organizma temelji se na "genetičkom programu" (utjelovljenom u genima kromosoma zigote) i odvija se u specifičnim uvjetima okoliša koji značajno utječu na proces implementacije genetskih informacija tijekom individualnog postojanja jedinke. Na rani stadiji individualnom razvoju dolazi do intenzivnog rasta (povećanja mase i veličine), zbog razmnožavanja molekula, stanica i drugih struktura, te diferencijacije, tj. pojava razlika u strukturi i usložnjavanje funkcija. U svim fazama ontogeneze različiti okolišni čimbenici (temperatura, gravitacija, tlak, sastav hrane u smislu sadržaja kemijskih elemenata i vitamina, različiti fizikalni i kemijski agensi) imaju značajan regulatorni utjecaj na razvoj organizma. Proučavanje uloge ovih čimbenika u procesu individualnog razvoja životinja i ljudi od velike je praktične važnosti, koja se povećava s intenziviranjem antropogenog utjecaja na prirodu. U raznim područjima biologije, medicine, veterine i drugih znanosti provode se široka istraživanja za proučavanje procesa normalnog i patološkog razvoja organizama, kako bi se razjasnili obrasci ontogeneze.

Razdražljivost

Integralno svojstvo organizama i svih živih sustava je podražljivost - sposobnost opažanja vanjskih ili unutarnjih podražaja (udara) i adekvatnog reagiranja na njih. U organizmima je razdražljivost praćena kompleksom promjena, izraženih u pomacima u metabolizmu, električnom potencijalu na staničnoj membrani, fizikalno-kemijskim parametrima u citoplazmi stanica, u motoričkim reakcijama, a visokoorganizirane životinje karakteriziraju promjene u ponašanju.

4. središnja dogma molekularna biologija - pravilo koje generalizira provedbu genetskih informacija promatranih u prirodi: informacije se prenose iz nukleinske kiseline do vjeverica ali ne u suprotnom smjeru. Pravilo je formulirano Franjo Crick u 1958 godine i uskladiti s podacima prikupljenim do tada u 1970 godina. Prijenos genetske informacije iz DNK do RNA a od RNA do vjeverica je univerzalan za sve stanične organizme bez iznimke; nalazi se u osnovi biosinteze makromolekula. Replikacija genoma odgovara informacijskom prijelazu DNK → DNK. U prirodi postoje i prijelazi RNA → RNA i RNA → DNA (npr. kod nekih virusa), kao i promjena konformacije proteini koji se prenose iz molekule u molekulu.

Univerzalni načini prijenosa bioloških informacija

U živim organizmima postoje tri vrste heterogenih, koji se sastoje od različitih polimernih monomera - DNA, RNA i proteina. Prijenos informacija između njih može se izvesti na 3 x 3 = 9 načina. Središnja dogma dijeli ovih 9 vrsta prijenosa informacija u tri skupine:

Općenito - nalazi se u većini živih organizama;

Poseban - javlja se kao izuzetak, u virusi i kod pokretni elementi genoma ili pod biološkim uvjetima eksperiment;

Nepoznato - nije pronađeno.

replikacija DNK (DNK → DNK)

DNK je glavni način prijenosa informacija između generacija živih organizama, stoga je točna duplikacija (replikacija) DNK vrlo važna. Replikaciju provodi kompleks proteina koji se odmotavaju kromatin, zatim dvostruka spirala. Nakon toga, DNA polimeraza i njoj pridruženi proteini grade identičnu kopiju na svakom od dva lanca.

Transkripcija (DNA → RNA)

Transkripcija je biološki proces, kao rezultat kojeg se informacija sadržana u segmentu DNK kopira na sintetiziranu molekulu. messenger RNA. Transkripcija se provodi transkripcijski faktori i RNA polimeraza. NA eukariotska stanica primarni transkript (pre-mRNA) često se editira. Ovaj proces se zove spajanje.

Translacija (RNA → protein)

Čita se zrela mRNA ribosomi tijekom procesa prevođenja. NA prokariotski U stanicama proces transkripcije i translacije nije prostorno odvojen, već su ti procesi konjugirani. NA eukariotski mjesto transkripcije u stanicama stanična jezgra odvojeno od mjesta emitiranja ( citoplazma) nuklearna membrana, dakle mRNA transportiran iz jezgre u citoplazmu. mRNA ribosom čita u obliku tri nukleotid"riječi". kompleksi čimbenici inicijacije i faktori istezanja dostaviti aminoaciliran prijenosne RNA na kompleks mRNA-ribosom.

5. obrnuta transkripcija je proces formiranja dvolančane DNK na jednolančanoj matrici RNA. Ovaj proces se zove obrnuti transkripcija, budući da se prijenos genetske informacije u ovom slučaju događa u "obrnutom" smjeru u odnosu na transkripciju.

Ideja obrnute transkripcije u početku je bila vrlo nepopularna, jer je bila u suprotnosti središnja dogma molekularne biologije, što je sugeriralo da DNK prepisana na RNA i šire emitirati u proteine. Nađeno u retrovirusi, na primjer, HIV i u slučaju retrotranspozoni.

transdukcija(iz lat. transductio- kretanje) - proces prijenosa bakterijski DNK iz jedne ćelije u drugu bakteriofag. Opća transdukcija koristi se u bakterijskoj genetici za mapiranje genoma i dizajn naprezanja. I umjereni i virulentni fagi sposobni su za transdukciju, potonji, međutim, uništavaju bakterijsku populaciju, tako da transdukcija uz njihovu pomoć nema od velike važnosti bilo u prirodi ili u istraživanju.

Vektorska molekula DNA je molekula DNA koja djeluje kao prijenosnik. Molekula nosač mora imati niz svojstava:

Sposobnost autonomne replikacije u stanici domaćinu (obično bakterijskoj ili gljivičnoj)

Prisutnost markera koji se može odabrati

Dostupnost prikladnih mjesta ograničenja

Najčešći vektori su bakterijski plazmidi.

Biosfera i čovjek, struktura biosfere.

Biosfera - ljuska Zemlje, naseljena živim organizmima, pod njihovim utjecajem i okupirana proizvodima njihove vitalne aktivnosti; "film života"; globalni ekosustav Zemlje.

Granice biosfere:

Gornja granica u atmosferi: 15-20 km. Definirano je ozonski omotač, odgađajući kratkovalno ultraljubičasto zračenje, štetno za žive organizme.

· Donja granica u litosferi: 3,5-7,5 km. Određena je temperaturom prijelaza vode u paru i temperaturom denaturacije proteina, no općenito je širenje živih organizama ograničeno na dubinu od nekoliko metara.

· Granica između atmosfere i litosfere u hidrosferi: 10-11 km. Određeno dnom Svjetskog oceana, uključujući pridnene sedimente.

Čovjek je također dio biosfere, njegova aktivnost nadilazi mnoge prirodne procese. Ovaj stalni odnos naziva se zakon bumeranga ili zakon Povratne informacije interakcija čovjek-biosfera.

Da bi korigirao ljudsko ponašanje u odnosu na prirodu, B. Commoner je formulirao četiri zakona, koji su, sa stajališta Reimersa

1 - sve je povezano sa svime

2 - sve mora negdje otići

3 - priroda zna najbolje

4 - ništa se ne daje besplatno

Struktura biosfere:

· Živa tvar - ukupnost tijela živih organizama koji nastanjuju Zemlju fizikalno-kemijski je jedinstvena, bez obzira na njihovu sustavnu pripadnost. Masa žive tvari je relativno mala i procjenjuje se na 2,4 ... 3,6 1012 tona (u suhoj težini) i manja je od jednog milijuntog dijela cijele biosfere (oko 3 1018 tona), što je, pak, manje od jedne tisućiti dio mase Zemlje. Ali to je jedna od "najmoćnijih geokemijskih sila na našem planetu" jer živi organizmi ne obitavaju samo zemljina kora ali preobrazi lice zemlje. Živi organizmi nastanjuju Zemljina površina vrlo neravnomjeran. Njihova distribucija ovisi o geografskoj širini.

Biogena tvar - tvar koju je stvorio i preradio živi organizam. Tijekom organske evolucije, živi su organizmi prošli kroz svoje organe, tkiva, stanice i krv tisuću puta preko većeg dijela atmosfere, cijelog volumena svjetskih oceana i ogromne mase mineralnih tvari. Tu geološku ulogu žive tvari možemo zamisliti iz naslaga ugljena, nafte, karbonatnih stijena itd.

Inertna tvar - proizvodi nastali bez sudjelovanja živih organizama.

· Bioinertna tvar - tvar koju istovremeno stvaraju živi organizmi i inertni procesi, predstavljajući dinamički uravnotežene sustave i jednog i drugog. Takvi su tlo, mulj, kora trošenja itd. U njima vodeću ulogu imaju organizmi.

Tvar koja prolazi kroz radioaktivni raspad.

· Raspršeni atomi, kontinuirano stvarani od bilo koje vrste zemaljske materije pod utjecajem kozmičkog zračenja.

Supstanca kozmičkog porijekla.

razine organizacije života.

Razine organizacije života - hijerarhijski podređene razine organizacije biosustava, odražavajući razine njihove složenosti. Najčešće se razlikuje sedam osnovnih strukturnih razina života: molekularna, stanična, organsko-tkivna, organska, populacijsko-vrstna, biogeocenotska i biosferna. Obično je svaka od ovih razina sustav podsustava niže razine i podsustav sustava više razine.

1) Molekularna razina organizacija života

Predstavljaju ga različite molekule koje se nalaze u živoj stanici (Kombiniranje molekula u posebne komplekse, kodiranje i prijenos genetskih informacija)

2) Tkivna razina organizacije života

Tkivnu razinu predstavljaju tkiva koja ujedinjuju stanice određene strukture, veličine, položaja i sličnih funkcija. Tkiva su nastala tijekom povijesnog razvoja zajedno s višestaničnošću .. U životinja se razlikuje nekoliko vrsta tkiva (epitelno, vezivno, mišićno, živčano). U biljaka se razlikuju meristematsko, zaštitno, bazično i provodno tkivo. Na ovoj razini dolazi do specijalizacije stanica.

3) Organska razina organizacije života

Organsku razinu predstavljaju organi organizama. Kod protozoa probavu, disanje, kruženje tvari, izlučivanje, kretanje i razmnožavanje provode različite organele. Napredniji organizmi imaju sustave organa. Kod biljaka i životinja organi nastaju zahvaljujući različitom broju tkiva.

4) Organizamska (ontogenetska) razina organizacije života

Predstavljaju je jednostanični i višestanični organizmi biljaka, životinja, gljiva i bakterija.Stanica je glavna strukturna komponenta organizma.

5) Populacijsko-vrstni stupanj organizacije života

U prirodi je zastupljen velikom raznolikošću vrsta i njihovih populacija.

6) Biogeocenotska razina organizacije života

Predstavljen nizom prirodnih i kulturnih biogeocenoza u svim sredinama života.

7) Biosferska razina organizacije života

Predstavljena je najvišim, globalnim oblikom organizacije biosustava – biosferom.

3. Rasprostranjenost i uloga žive tvari na planetu.

Živi organizmi reguliraju kruženje tvari i služe kao snažan geološki čimbenik koji oblikuje površinu Zemlje.

RAZINE ORGANIZACIJE ŽIVOTA

Postoje molekularna, stanična, tkivna, organska, organska, populacijska, specijska, biocenotska i globalna (biosferska) razina organizacije živog. Na svim tim razinama očituju se sva svojstva karakteristična za živa bića. Svaku od ovih razina karakteriziraju značajke svojstvene drugim razinama, ali svaka razina ima svoje specifične značajke.

Molekularna razina. Ova razina je duboko u organizaciji živih i predstavljena je molekulama nukleinskih kiselina, proteina, ugljikohidrata, lipida i steroida koji se nalaze u stanicama i nazivaju se biološkim molekulama. Na ovoj se razini pokreću i provode najvažniji procesi vitalne aktivnosti (kodiranje i prijenos nasljednih informacija, disanje, metabolizam i energetski metabolizam, varijabilnost itd.). Fizikalna i kemijska specifičnost ove razine je u činjenici da sastav živog uključuje veliki broj kemijskih elemenata, ali glavninu živog predstavljaju ugljik, kisik, vodik i dušik. Molekule se tvore iz skupine atoma, a iz potonjih nastaju složeni kemijski spojevi koji se razlikuju po strukturi i funkciji. Većina ovih spojeva u stanicama predstavljena je nukleinskim kiselinama i proteinima, čije su makromolekule polimeri sintetizirani kao rezultat stvaranja monomera i kombinacije potonjih u određenom redoslijedu. Osim toga, monomeri makromolekula unutar istog spoja imaju iste kemijske skupine i povezani su pomoću kemijske veze između atoma, njihova nespecifična

ičkih dijelova (područja). Sve su makromolekule univerzalne, jer su građene prema istom planu, bez obzira na njihovu vrstu. Budući da su univerzalni, oni su ujedno i jedinstveni, jer je njihova struktura jedinstvena. Na primjer, sastav nukleotida DNA uključuje jednu dušičnu bazu od četiri poznate (adenin, gvanin, citozin ili timin), zbog čega je svaki nukleotid jedinstven po svom sastavu. Sekundarna struktura molekula DNA također je jedinstvena.

Biološka specifičnost na molekularnoj razini određena je funkcionalnom specifičnošću bioloških molekula. Na primjer, specifičnost nukleinskih kiselina leži u činjenici da kodiraju genetske informacije za sintezu proteina. Štoviše, ti se procesi odvijaju kao rezultat istih faza metabolizma. Na primjer, biosinteza nukleinskih kiselina, aminokiselina i proteina slijedi sličan obrazac u svim organizmima. Oksidacija masnih kiselina, glikoliza i druge reakcije također su univerzalne.

Specifičnost proteina određena je specifičnim slijedom aminokiselina u njihovim molekulama. Taj slijed dodatno određuje specifična biološka svojstva proteina, budući da su oni glavni strukturni elementi stanica, katalizatori i regulatori reakcija u stanicama. Ugljikohidrati i lipidi služe kao najvažniji izvori energije, dok su steroidi važni za regulaciju niza metaboličkih procesa.

Na molekularnoj razini, energija se pretvara - energija zračenja u kemijsku energiju pohranjenu u ugljikohidratima i drugim kemijski spojevi, a kemijska energija ugljikohidrate i druge molekule – u biološki dostupnu energiju, pohranjenu u obliku makroergičkih veza ATP-a. Konačno, ovdje se energija makroergičkih fosfatnih veza pretvara u rad – mehanički, električni, kemijski, osmotski. Mehanizmi svih metaboličkih i energetskih procesa su univerzalni.

Biološke molekule također osiguravaju kontinuitet između molekula i sljedeće razine (stanične), jer su materijal od kojeg se formiraju supramolekularne strukture. Molekularna razina je "arena" kemijskih reakcija koje daju energiju staničnoj razini.

Stanična razina. Ovu razinu organizacije živih predstavljaju stanice koje djeluju kao neovisne organizacije.

mov (bakterije, protozoe i dr.), kao i stanice višećelijskih organizama. Glavna specifičnost ove razine je da iz nje počinje život. Budući da su sposobne za život, rast i reprodukciju, stanice su glavni oblik organizacije žive tvari, elementarne jedinice od kojih su građena sva živa bića (prokarioti i eukarioti). Ne postoje temeljne razlike u strukturi i funkciji između biljnih i životinjskih stanica. Neke razlike odnose se samo na strukturu njihovih membrana i pojedinih organela. Postoje primjetne razlike u građi između prokariotskih i eukariotskih stanica, ali u funkcionalnom smislu te su razlike nivelirane, jer posvuda vrijedi pravilo "stanica od stanice".

Specifičnost stanične razine određena je specijalizacijom stanica, postojanjem stanica kao specijaliziranih jedinica višestaničnog organizma. Na staničnoj razini postoji diferencijacija i sređivanje vitalnih procesa u prostoru i vremenu, što je povezano sa ograničenošću funkcija na različite substanične strukture. Na primjer, eukariotske stanice imaju značajno razvijene membranske sustave (plazma membrana, citoplazmatski retikulum, lamelarni kompleks) i stanične organele (jezgra, kromosomi, centrioli, mitohondriji, plastidi, lizosomi, ribosomi). Membranske strukture su "arene" najvažnijih životnih procesa, a dvoslojna struktura membranskog sustava značajno povećava površinu "arene". Osim toga, membranske strukture omogućuju prostorno razdvajanje mnogih bioloških molekula u stanicama i njihovih psihičko stanje omogućuje stalno difuzno kretanje nekih od molekula proteina i fosfolipida sadržanih u njima. Dakle, membrane su sustav čije su komponente u pokretu. Karakteriziraju ih različita preuređenja, što određuje podražljivost stanica - najvažnije svojstvo živih.

razini tkiva. Tu razinu predstavljaju tkiva koja objedinjuju stanice određene strukture, veličine, položaja i sličnih funkcija. Tkiva su nastala tijekom povijesnog razvoja zajedno s višestaničnošću. U višestaničnih organizama nastaju tijekom ontogeneze kao rezultat diferencijacije stanica. U životinja se razlikuje nekoliko vrsta tkiva (epitelno, vezivno, mišićno, krvno, živčano i reproduktivno). Utrke

sjene razlikuju meristematsko, zaštitno, bazično i provodno tkivo. Na ovoj razini dolazi do specijalizacije stanica.

Razina organa. Predstavljen organima organizama. Kod biljaka i životinja organi nastaju zahvaljujući različitom broju tkiva. Kod protozoa probavu, disanje, kruženje tvari, izlučivanje, kretanje i razmnožavanje provode različite organele. Napredniji organizmi imaju sustave organa. Za kralježnjake je karakteristična cefalizacija koja se sastoji u koncentraciji najvažnijih živčanih centara i osjetnih organa u glavi.

Nivo organizma. Tu razinu predstavljaju sami organizmi – jednostanični i višestanični organizmi biljne i životinjske prirode. Specifičnost organske razine je da se na ovoj razini odvija dekodiranje i implementacija genetske informacije, stvaranje strukturnih i funkcionalnih značajki svojstvenih organizmima određene vrste.

razini vrste. Ovu razinu određuju biljne i životinjske vrste. Trenutno postoji oko 500 tisuća biljnih vrsta i oko 1,5 milijuna životinjskih vrsta, čiji se predstavnici odlikuju velikom raznolikošću staništa i zauzimaju različite ekološke niše. Vrsta je također jedinica klasifikacije živih bića.

razina stanovništva. Biljke i životinje ne postoje izolirano; ujedinjeni su u populacije koje karakterizira određeni genski fond. Unutar iste vrste može postojati od jedne do više tisuća populacija. U populacijama se provode elementarne evolucijske transformacije, razvija se novi adaptivni oblik.

Biocenotska razina. Predstavljena je biocenozama - zajednicama organizama različitih vrsta. U takvim zajednicama organizmi različitih vrsta donekle ovise jedni o drugima. Tijekom povijesnog razvoja razvile su se biogeocenoze (ekosustavi), koji su sustavi koji se sastoje od međusobno ovisnih zajednica organizama i abiotskih čimbenika okoliša. Ekosustave karakterizira ravnoteža tekućine između organizama i abiotski faktori. Na toj se razini odvijaju materijalno-energetski ciklusi povezani s životnom aktivnošću organizama.

Globalna (biosferska) razina. Ova razina je najviši oblik organizacije živog (živih sustava). Predstavlja ga biosfera. Na ovoj razini, svi ciklusi materije i energije ujedinjeni su u jedan divovski biosferski ciklus tvari i energije.

Između različite razine organizacija živih postoji dijalektičko jedinstvo. Živo je organizirano prema tipu sistemske organizacije, čija je osnova hijerarhija sustava. Prijelaz s jedne razine na drugu povezan je s očuvanjem funkcionalnih mehanizama koji djeluju na prethodnim razinama, a prati ga pojava strukture i funkcija novih tipova, kao i interakcija koju karakteriziraju nove značajke, tj. pojavljuje se nova kvaliteta.