Niveluri de organizare a materiei vii- subordonate ierarhic nivelului de organizare a biosistemelor, reflectând nivelurile de complicare a acestora. Cel mai adesea, se disting șase niveluri structurale principale ale vieții: molecular, celular, organism, populație-specie, biogeocenotic și biosferic. De obicei, fiecare dintre aceste niveluri este un sistem de subsisteme de nivel inferior și un subsistem de un sistem de nivel superior.

Trebuie subliniat faptul că construirea unei liste universale de niveluri de biosisteme este imposibilă. Este recomandabil să se evidențieze un nivel separat de organizare dacă apar noi proprietăți pe el care sunt absente în sistemele de un nivel inferior. De exemplu, fenomenul vieții are loc nivel celular, și nemurirea potențială - asupra populației. În studiul diferitelor obiecte sau a diferitelor aspecte ale funcționării acestora se pot distinge diferite seturi de niveluri de organizare. De exemplu, în organismele unicelulare, nivelul celular și cel al organismului coincid. Când se studiază proliferarea (reproducția) celulelor la nivel multicelular, poate fi necesară izolarea nivelurilor individuale de țesut și organ, deoarece mecanismele specifice de reglare a procesului studiat pot fi caracteristice unui țesut și unui organ.

Una dintre concluziile de la teorie generală sisteme este că biosistemele de diferite niveluri pot fi similare în proprietățile lor esențiale, de exemplu, principiile de reglare a parametrilor importanți pentru existența lor

Nivelul molecular al organizării vieții

Este vorba despre clase de compuși organici specifici organismelor vii (proteine, grăsimi, carbohidrați, acizi nucleici etc.), interacțiunea lor între ei și cu componente anorganice, rolul lor în metabolismul și energia în organism, stocarea și transmiterea ereditare. informație. Acest nivel poate fi numit nivelul inițial, cel mai profund de organizare a celor vii. Fiecare organism viu este alcătuit din molecule de substanțe organice-proteine, acizi nucleici, carbohidrați, grăsimi din celule. Legătura dintre nivelul molecular și următorul nivel celular este asigurată de faptul că moleculele sunt materialul din care sunt create structurile celulare supramoleculare. Numai studiind nivelul molecular se poate înțelege cum au decurs procesele de origine și evoluție a vieții pe planeta noastră, care sunt fundamentele moleculare ale eredității și procesele metabolice din organism. La urma urmei, la nivel molecular are loc transformarea tuturor tipurilor de energie și metabolism în celulă. Mecanismele acestor procese sunt, de asemenea, universale pentru toate organismele vii.

Componente

• Molecule de compuși anorganici și organici
• Complexe moleculare de compuși chimici (membrană etc.)

Procesele de bază

• Combinarea moleculelor în complexe speciale
• Implementarea fizică reacții chimiceîn ordine
• Copierea ADN-ului, codificarea și transmiterea informațiilor genetice

• Biochimie
• Biofizică
• Biologie moleculara
• Genetica moleculara

Nivelul celular al organizării vieții

Reprezentat de organisme unicelulare cu viață liberă și celule incluse în organisme multicelulare.

Componente

• Complexe de molecule de compuși chimici și organele celulare.

Procesele de bază

• biosinteză, fotosinteză
• Reglarea reacțiilor chimice
• diviziune celulara
• atracţie elemente chimice Pământul și energia solară în biosistem

Știința conduce cercetarea la acest nivel

• Inginerie genetică
• Citogenetica
• Citologie
• Embriologie Geologie

Nivelul de țesut al organizării vieții

Nivelul de țesut este reprezentat de țesuturi care unesc celule cu o anumită structură, dimensiune, locație și funcții similare. Țesuturile au apărut în timpul dezvoltare istoricaîmpreună cu bagatoclitinism. În organismele multicelulare, ele se formează în timpul ontogenezei ca rezultat al diferențierii celulare. La animale se disting mai multe tipuri de țesuturi (epiteliale, conjunctive, musculare, nervoase, precum și sânge și limfa). La plante se disting țesuturile meristematice, protectoare, de bază și conducătoare. La acest nivel are loc specializarea celulară.

Discipline științifice care desfășoară cercetări la acest nivel: histologie.

Nivelul organului de organizare a vieții

Nivelul organelor este reprezentat de organele organismelor. În cel mai simplu, digestia, respirația, circulația substanțelor, excreția, mișcarea și reproducerea sunt efectuate de diverse organele. În organismele mai avansate sunt sisteme de organe. La plante și animale, organele sunt formate de cantitate diferitățesături. Vertebratele se caracterizează prin cefalizare protejată de concentrarea celor mai importanți centri și organe de simț din cap.

Nivelul organizatoric al vieții

Reprezentat de organisme unicelulare și multicelulare ale plantelor, animalelor, ciupercilor și bacteriilor.

Componente

• Celula este principala componentă structurală a corpului. Celulele formează țesuturi și organe ale organismelor pluricelulare

Procesele de bază

• Metabolism (metabolism)
• Iritabilitate
• reproducere
• Ontogeneză
• Reglarea neuro-umorală a proceselor vitale
• homeostaziei

Știința conduce cercetarea la acest nivel

• Anatomie
• Biometrie
• Morfologie
• Fiziologie
• Histologie

Nivelul de organizare a vieții populație-specie

Reprezentat în natură printr-o mare varietate de specii și populațiile lor.

Componente

• Grupuri de indivizi înrudiți uniți printr-un anumit grup de gene și o interacțiune specifică cu mediu inconjurator

Procesele de bază

1. identitate genetică
2. Interacțiuni între indivizi și populații
3. Acumularea de transformări evolutive elementare
4. Implementarea microevoluției și dezvoltarea adaptării la un mediu în schimbare

• Speciația

1. Creșterea biodiversității

Știința conduce cercetarea la acest nivel

• Genetica populației
• Teoria evoluției
• Ecologie

Nivelul biogeocenotic al organizării vieții

Reprezentat prin diversitatea ecosistemelor naturale și culturale din toate mediile de viață.

Componente

• Populații de diferite specii
• factori de mediu
• Rețele trofice, materia și fluxurile de energie

Procesele de bază

• Ciclul biochimic al substanțelor și fluxul de energie care susțin viața
• Echilibrul mobil între organismele vii și mediul abiotic (homeostază)
• Asigurarea organismelor vii cu condiții și resurse de viață (hrană și adăpost)

Știința conduce cercetarea la acest nivel

• biogeografie
• Biogeocenologie
• Ecologie

Nivelul biosferic al organizării vieții

Mai sus este prezentată forma globală de organizare a biosistemelor - biosfera.

Componente

• Biogeocenoze
• Impactul antropic

Procesele de bază

• Interacțiune activă a materiei vii și nevii a planetei
• Ciclul biologic al materiei și energiei
• Participarea activă biogeochimică a omului la toate procesele biosferei, la activitățile sale economice și etnoculturale

Știința conduce cercetarea la acest nivel

• Ecologie
  • ecologie globală
  • ecologie spațială
  • ecologie socială

Niveluri de organizare lumea organică- stări discrete ale sistemelor biologice, caracterizate prin subordonare, interconectare, modele specifice.

Nivelurile structurale de organizare a vieții sunt extrem de diverse, dar cele principale sunt moleculare, celulare, ontogenetice, populație-specie, biocenotice și biosferice.

1. Standardul genetic molecular de trai. Cele mai importante sarcini ale biologiei în această etapă este studiul mecanismelor de transmitere a informațiilor genetice, ereditatea și variabilitatea.

Există mai multe mecanisme de variabilitate la nivel molecular. Cel mai important dintre ele este mecanismul mutației genelor - transformarea directă a genelor în sine sub influența factorilor externi. Factorii care cauzează mutația sunt: ​​radiațiile, compușii chimici toxici, virușii.

Un alt mecanism de variabilitate este recombinarea genelor. Un astfel de proces are loc în timpul reproducerii sexuale în organismele superioare. În acest caz, nu există nicio modificare a cantității totale de informații genetice.

Un alt mecanism de variabilitate a fost descoperit abia în anii 1950. Aceasta este o recombinare neclasică a genelor, în care există o creștere generală a cantității de informații genetice datorită includerii de noi elemente genetice în genomul celulei. Cel mai adesea, aceste elemente sunt introduse în celulă de către viruși.

2. Nivelul celular. Astăzi, știința a stabilit în mod fiabil că cea mai mică unitate independentă a structurii, funcționării și dezvoltării unui organism viu este o celulă, care este un sistem biologic elementar capabil de auto-reînnoire, auto-reproducere și dezvoltare. Citologia este știința care studiază celula vie, structura sa, funcționând ca un sistem de viață elementar, explorează funcțiile componentelor celulare individuale, procesul de reproducere celulară, adaptarea la condițiile de mediu etc. Citologia studiază, de asemenea, caracteristicile celulelor specializate, formarea funcțiilor lor speciale și dezvoltarea a structurilor celulare specifice. Astfel, citologia modernă a fost numită fiziologie celulară.

Un progres semnificativ în studiul celulelor a avut loc la începutul secolului al XIX-lea, când a fost descoperit și descris nucleul celular. Pe baza acestor studii a fost creată teoria celulară, care a devenit cel mai mare evenimentîn biologie în secolul al XIX-lea. Această teorie a servit drept fundament pentru dezvoltarea embriologiei, fiziologiei și a teoriei evoluției.

Cea mai importantă parte a tuturor celulelor este nucleul, care stochează și reproduce informații genetice, reglează procesele metabolice din celulă.

Toate celulele sunt împărțite în două grupe:

Procariote - celule lipsite de nucleu

eucariotele sunt celule care conțin nuclee

Studiind o celulă vie, oamenii de știință au atras atenția asupra existenței a două tipuri principale de nutriție a acesteia, care au permis împărțirea tuturor organismelor în două tipuri:

Autotrofe - își produc propriile nutrienți

· Heterotrof – nu se poate lipsi de alimente organice.

Mai târziu, factori atât de importanți precum capacitatea organismelor de a sintetiza substanțele necesare (vitamine, hormoni), se asigură energie, dependență de mediu ecologicşi altele.Astfel, natura complexă şi diferenţiată a conexiunilor indică necesitatea unei abordări sistematice a studiului vieţii şi la nivel ontogenetic.

3. Nivel ontogenetic. organisme pluricelulare. Acest nivel a apărut ca urmare a formării organismelor vii. Unitatea de bază a vieții este un individ, iar fenomenul elementar este ontogeneza. Fiziologia se ocupă cu studiul funcționării și dezvoltării organismelor vii pluricelulare. Această știință are în vedere mecanismele de acțiune ale diferitelor funcții ale unui organism viu, relația lor între ele, reglarea și adaptarea la mediul extern, originea și formarea în procesul de evoluție și dezvoltare individuală a unui individ. De fapt, acesta este procesul ontogenezei - dezvoltarea organismului de la naștere până la moarte. În acest caz, apar creșterea, mișcarea structurilor individuale, diferențierea și complicarea organismului.

Toate organismele multicelulare sunt compuse din organe și țesuturi. Țesuturile sunt un grup de celule conectate fizic și substanțe intercelulare pentru a îndeplini anumite funcții. Studiul lor este subiectul histologiei.

Organele sunt unități funcționale relativ mari care combină diferite țesuturi în anumite complexe fiziologice. La rândul lor, organele fac parte din unități mai mari - sistemele corpului. Printre acestea se numără sistemul nervos, digestiv, cardiovascular, respirator și alte sisteme. Organe interne se găsește doar la animale.

4. Populatie-nivel biocenotic. Acesta este un nivel supraorganism al vieții, a cărui unitate de bază este populația. Spre deosebire de o populație, o specie este o colecție de indivizi care sunt similare ca structură și proprietăți fiziologice având o origine comună, capabilă să se încrucișeze liber și să producă descendenți fertili. O specie există doar prin populații reprezentând sisteme deschise genetic. Biologia populației este studiul populațiilor.

Termenul de „populație” a fost introdus de unul dintre fondatorii geneticii, V. Johansen, care l-a numit un set de organisme eterogen din punct de vedere genetic. Mai târziu, populația a început să fie considerată un sistem integral, interacționând continuu cu mediul. Populațiile sunt sistemele reale prin care există speciile de organisme vii.

Populațiile sunt sisteme deschise genetic, deoarece izolarea populațiilor nu este absolută și schimbul de informații genetice nu este posibil din când în când. Populațiile sunt cele care acționează ca unități elementare de evoluție; modificările în grupul lor de gene duc la apariția de noi specii.

Populațiile capabile de existență și transformare independentă sunt unite în agregatul următorului nivel supraorganism - biocenoze. Biocenoza - un ansamblu de populații care trăiesc într-o anumită zonă.

Biocenoza este un sistem închis populațiilor străine, pentru populațiile sale constitutive este un sistem deschis.

5. Nivel biogeocetonic. Biogeocenoza este un sistem stabil care poate exista o perioadă lungă de timp. Echilibrul într-un sistem viu este dinamic, adică. reprezinta o miscare constanta in jurul unui anumit punct de stabilitate. Pentru funcționarea sa stabilă, este necesar să existe un feedback între subsistemele sale de control și de execuție. Acest mod de a menține un echilibru dinamic între diversele elemente ale biogeocenozei, cauzat de reproducerea în masă a unor specii și de reducerea sau dispariția altora, ducând la o modificare a calității mediului, se numește dezastru ecologic.

Biogeocenoza este un sistem integral de autoreglare în care se disting mai multe tipuri de subsisteme. Sistemele primare sunt producători care procesează direct materia neînsuflețită; consumatori - un nivel secundar la care materia și energia sunt obținute prin utilizarea producătorilor; apoi vin consumatorii de ordinul doi. Există, de asemenea, scavengers și descompuners.

Ciclul substanțelor trece prin aceste niveluri în biogeocenoză: viața este implicată în utilizarea, prelucrarea și restaurarea diferitelor structuri. În biogeocenoză - un flux de energie unidirecțional. Acest lucru îl face un sistem deschis, conectat continuu cu biogeocenozele învecinate.

Autoreglementarea biogeocenului se realizează cu cât mai mult succes, cu atât numărul elementelor sale constitutive este mai divers. Stabilitatea biogeocenozelor depinde și de diversitatea componentelor sale. Pierderea uneia sau mai multor componente poate duce la un dezechilibru ireversibil și moartea acestuia ca sistem integral.

6. Nivelul biosferei. aceasta cel mai inalt nivel organizarea vieții, acoperind toate fenomenele vieții de pe planeta noastră. Biosfera este substanța vie a planetei și a mediului transformat de aceasta. Metabolismul biologic este un factor care unește toate celelalte niveluri de organizare a vieții într-o singură biosferă. La acest nivel, are loc o circulație a substanțelor și transformarea energiei asociate cu activitatea vitală a tuturor organismelor vii care trăiesc pe Pământ. Astfel, biosfera este un singur sistem ecologic. Studiul funcționării acestui sistem, structurii și funcțiilor sale este cea mai importantă sarcină a biologiei la acest nivel de viață. Ecologia, biocenologia și biogeochimia sunt implicate în studiul acestor probleme.

Dezvoltarea doctrinei biosferei este indisolubil legată de numele remarcabilului om de știință rus V.I. Vernadsky. El a fost cel care a reușit să demonstreze legătura dintre lumea organică a planetei noastre, acționând ca un întreg inseparabil, cu procesele geologice de pe Pământ. Vernadsky a descoperit și studiat funcțiile biogeochimice ale materiei vii.

Datorită migrării biogenice a atomilor, materia vie își îndeplinește funcțiile geochimice. stiinta moderna identifică cinci funcții geochimice pe care le îndeplinește materia vie.

1. Funcția de concentrare se exprimă prin acumularea anumitor elemente chimice în interiorul organismelor vii datorită activității lor. Rezultatul a fost apariția rezervelor minerale.

2. Funcția de transport este strâns legată de prima funcție, deoarece organismele vii poartă elementele chimice de care au nevoie, care apoi se acumulează în habitatele lor.

3. Funcția energetică asigură fluxuri de energie care pătrund în biosferă, ceea ce face posibilă îndeplinirea tuturor funcțiilor biogeochimice ale materiei vii.

4. Funcția distructivă - funcția de distrugere și prelucrare a resturilor organice, în timpul acestui proces, substanțele acumulate de organisme sunt readuse la ciclurile naturale, există un ciclu de substanțe în natură.

5. Funcția de formare medie - transformarea mediului sub influența materiei vii. Întregul aspect modern al Pământului - compoziția atmosferei, hidrosferei, stratul superior al litosferei; majoritatea mineralelor; clima este rezultatul acțiunii Vieții.

Există astfel de niveluri de organizare a materiei vii - niveluri de organizare biologică: moleculară, celulară, tisulară, organ, organism, populație-specie și ecosistem.

Nivelul molecular de organizare- acesta este nivelul de funcționare al macromoleculelor biologice - biopolimeri: acizi nucleici, proteine, polizaharide, lipide, steroizi. De la acest nivel încep cele mai importante procese ale vieții: metabolismul, conversia energiei, transferul informații ereditare. Se studiază acest nivel: biochimie, genetică moleculară, biologie moleculară, genetică, biofizică.

Nivel celular- acesta este nivelul celulelor (celule ale bacteriilor, cianobacteriilor, animalelor și algelor unicelulare, ciupercilor unicelulare, celulelor organismelor pluricelulare). O celulă este o unitate structurală a vieții, o unitate funcțională, o unitate de dezvoltare. Acest nivel este studiat de citologie, citochimie, citogenetică, microbiologie.

Nivelul de organizare al țesuturilor- Acesta este nivelul la care se studiază structura și funcționarea țesuturilor. Acest nivel este studiat de histologie și histochimie.

Nivelul organului de organizare- Acesta este nivelul organelor organismelor pluricelulare. Anatomia, fiziologia, embriologia studiază acest nivel.

Nivelul organizatoric- acesta este nivelul organismelor unicelulare, coloniale și pluricelulare. Specificul nivelului organismic constă în faptul că la acest nivel are loc decodificarea și implementarea informațiilor genetice, formarea trăsăturilor inerente indivizilor unei specii date. Acest nivel este studiat prin morfologie (anatomie și embriologie), fiziologie, genetică, paleontologie.

Nivel populație-specie este nivelul populațiilor de indivizi - populatiilorși specii. Acest nivel este studiat de sistematică, taxonomie, ecologie, biogeografie, genetica populatiei. La acest nivel, genetice şi caracteristicile ecologice ale populatiilor, elementar factori evolutiviși impactul lor asupra fondului genetic (microevoluție), problema conservării speciilor.

Nivelul de organizare al ecosistemului- acesta este nivelul microecosistemelor, mezoecosistemelor, macroecosistemelor. La acest nivel sunt studiate tipuri de nutriție, tipuri de relații dintre organisme și populații dintr-un ecosistem, mărimea populației, dinamica populației, densitatea populației, productivitatea ecosistemului, succesiuni. Acest nivel studiază ecologia.

Alocați de asemenea nivelul biosferic de organizare materie vie. Biosfera este un ecosistem gigant care ocupă o parte a anvelopei geografice a Pământului. Acesta este un mega ecosistem. În biosferă, există un ciclu de substanțe și elemente chimice, precum și conversia energiei solare.

2. Proprietăţile fundamentale ale materiei vii

Metabolism (metabolism)

Metabolismul (metabolismul) este un ansamblu de transformări chimice care au loc în sistemele vii care le asigură activitatea vitală, creșterea, reproducerea, dezvoltarea, autoconservarea, contactul constant cu mediul înconjurător, capacitatea de adaptare la acesta și la schimbările acestuia. În procesul de metabolism, se produce scindarea și sinteza moleculelor care alcătuiesc celulele; formarea, distrugerea și reînnoirea structurilor celulare și a substanței intercelulare. Metabolismul se bazează pe procese interconectate de asimilare (anabolism) și disimilare (catabolism). Asimilare - procesele de sinteză a moleculelor complexe din cele simple cu cheltuirea energiei stocate în timpul disimilării (precum și acumularea de energie în timpul depunerii substanțelor sintetizate în rezervă). Disimilarea - procesele de scindare (anaerobă sau aerobă) a compușilor organici complecși, mergând cu eliberarea de energie necesară implementării activității vitale a organismului. Spre deosebire de corpurile de natură neînsuflețită, schimbul cu mediul pentru organisme vii este o condiție pentru existența lor. În acest caz, are loc auto-înnoirea. Procesele metabolice care au loc în interiorul corpului sunt combinate în cascade și cicluri metabolice prin reacții chimice, care sunt strict ordonate în timp și spațiu. Fluxul coordonat al unui număr mare de reacții într-un volum mic se realizează prin distribuția ordonată a legăturilor metabolice individuale în celulă (principiul compartimentării). Procesele metabolice sunt reglate cu ajutorul biocatalizatorilor - proteine-enzime speciale. Fiecare enzimă are specificitate de substrat pentru a cataliza conversia unui singur substrat. Această specificitate se bazează pe o „recunoaștere” particulară a substratului de către enzimă. Cataliza enzimatică diferă de cea nebiologică prin eficiența sa extrem de ridicată, ca urmare a căreia viteza reacției corespunzătoare crește de 1010 - 1013 ori. Fiecare moleculă de enzimă este capabilă să efectueze de la câteva mii până la câteva milioane de operații pe minut fără a fi distrusă în procesul de participare la reacții. O altă diferență caracteristică între enzime și catalizatorii nebiologici este că enzimele sunt capabile să accelereze reacțiile în condiții normale (presiune atmosferică, temperatura corpului etc.). Toate organismele vii pot fi împărțite în două grupe - autotrofe și heterotrofe, care diferă în surse de energie și substanțe necesare vieții lor. Autotrofe - organisme care sintetizează din substanțe anorganice compusi organici folosind energia luminii solare (fotosintetice – plante verzi, alge, unele bacterii) sau energia obținută din oxidarea unui substrat anorganic (chimiosintetice – bacterii sulf, fier și altele), organismele autotrofe sunt capabile să sintetizeze toate componentele celulare. Rolul autotrofilor fotosintetici în natură este hotărâtor – fiind producătorul primar de materie organică din biosferă, ei asigură existența tuturor celorlalte organisme și cursul ciclurilor biogeochimice în circulația substanțelor pe Pământ. Heterotrofele (toate animalele, ciupercile, majoritatea bacteriilor, unele plante fără clorofilă) sunt organisme care au nevoie pentru existența lor de substanțe organice gata preparate, care, acționând ca hrană, servesc atât ca sursă de energie, cât și ca „material de construcție” necesar. O trăsătură caracteristică a heterotrofelor este prezența amfibolismului în ei, adică. procesul de formare a micilor molecule organice(monomeri) formați în timpul digestiei alimentelor (procesul de degradare a substraturilor complexe). Astfel de molecule - monomerii sunt utilizați pentru a-și asambla proprii compuși organici complecși.

Auto-reproducere (reproducere)

Capacitatea de a se reproduce (reproduce propriul lor fel, auto-reproducere) se referă la una dintre proprietățile fundamentale ale organismelor vii. Reproducerea este necesară pentru a asigura continuitatea existenţei speciilor, deoarece. durata de viață a unui organism individual este limitată. Reproducerea compensează mai mult decât pierderile din cauza dispariției naturale a indivizilor și menține astfel conservarea speciei într-un număr de generații de indivizi. În procesul de evoluție a organismelor vii a avut loc evoluția metodelor de reproducere. Prin urmare, în numeroasele și diversele specii de organisme vii care există în prezent, întâlnim diferite forme de reproducere. Multe tipuri de organisme combină mai multe metode de reproducere. Este necesar să se distingă două tipuri fundamental diferite de reproducere a organismelor - asexuată (tip primar și mai vechi de reproducere) și sexuală. În procesul de reproducere asexuată, se formează un nou individ dintr-una sau un grup de celule (în multicelulare) ale organismului mamă. În toate formele de reproducere asexuată, descendenții au un genotip (set de gene) identic cu cel matern. În consecință, toți descendenții unui organism matern se dovedesc a fi omogeni din punct de vedere genetic, iar indivizii fiice au același set de trăsături. În reproducerea sexuală, un nou individ se dezvoltă dintr-un zigot format prin fuziunea a două celule germinale specializate (proces de fertilizare) produse de două organisme parentale. Nucleul din zigot conține un set hibrid de cromozomi, care se formează ca urmare a unirii seturilor de cromozomi de nuclee de gameți fuzionate. În nucleul zigotului se creează astfel o nouă combinație de înclinații ereditare (gene), aduse în mod egal de ambii părinți. Și organismul fiică care se dezvoltă din zigot va avea o nouă combinație de caracteristici. Cu alte cuvinte, în timpul reproducerii sexuale, are loc implementarea unei forme combinative de variabilitate ereditară a organismelor, care asigură adaptarea speciilor la condițiile de mediu în schimbare și este un factor esențial în evoluție. Acesta este un avantaj semnificativ al reproducerii sexuale față de reproducerea asexuată. Capacitatea organismelor vii de a se auto-reproduce se bazează pe proprietatea unică a acizilor nucleici de a se reproduce și pe fenomenul de sinteză a matricei, care stă la baza formării moleculelor și proteinelor de acid nucleic. Auto-reproducția la nivel molecular determină atât implementarea metabolismului în celule, cât și auto-reproducția celulelor în sine. Diviziunea celulară (auto-reproducția celulelor) stă la baza dezvoltării individuale a organismelor multicelulare și reproducerii tuturor organismelor. Reproducerea organismelor asigură autoreproducerea tuturor speciilor care locuiesc pe Pământ, ceea ce determină la rândul său existența biogeocenozelor și a biosferei.

Ereditatea și variabilitatea

Ereditatea asigură continuitate materială (fluxul de informații genetice) între generații de organisme. Este strâns legat de reproducerea la nivel molecular, subcelular și celular. Informațiile genetice care determină diversitatea trăsăturilor ereditare sunt criptate în structura moleculară a ADN-ului (pentru unii viruși, în ARN). Genele codifică informații despre structura proteinelor sintetizate, enzimatice și structurale. Codul genetic este un sistem de „înregistrare” a informațiilor despre secvența de aminoacizi din proteinele sintetizate folosind secvența de nucleotide din molecula de ADN. Totalitatea tuturor genelor unui organism se numește genotip, iar totalitatea trăsăturilor se numește fenotip. Fenotipul depinde atât de genotip, cât și de factorii mediului intern și extern care afectează activitatea genelor și determină procese regulate. Stocarea și transmiterea informațiilor ereditare se realizează în toate organismele cu ajutorul acizilor nucleici, codul genetic este același pentru toate ființele vii de pe Pământ, adică. este universal. Datorită eredității, trăsăturile se transmit din generație în generație care asigură adaptabilitatea organismelor la mediul lor. Dacă în timpul reproducerii organismelor s-a manifestat doar continuitatea semnelor și proprietăților existente, atunci pe fondul schimbărilor condițiilor de mediu, existența organismelor ar fi imposibilă, deoarece o condiție necesară pentru viața organismelor este adaptabilitatea lor la condițiile de mediu. Variabilitatea se manifestă în diversitatea organismelor aparținând aceleiași specii. Variabilitatea poate fi realizată în organismele individuale în cursul dezvoltării lor individuale sau în cadrul unui grup de organisme într-o serie de generații în timpul reproducerii. Există două forme principale de variabilitate, care diferă în mecanismele de apariție, natura modificării caracteristicilor și, în sfârșit, semnificația lor pentru existența organismelor vii - genotip (ereditare) și modificare (neereditare). Variabilitatea genotipică este asociată cu o modificare a genotipului și duce la o schimbare a fenotipului. Baza variabilității genotipice poate fi mutațiile (variabilitatea mutațională) sau noi combinații de gene care apar în timpul fertilizării în timpul reproducerii sexuale. În forma mutațională, modificările sunt asociate în primul rând cu erori în replicarea acizilor nucleici. Astfel, apariția unor noi gene care poartă noi informații genetice; apar semne noi. Și dacă semnele nou apărute sunt utile organismului în condiții specifice, atunci ele sunt „prinse” și „fixate” de selecția naturală. Astfel, adaptabilitatea organismelor la condițiile de mediu, diversitatea organismelor se bazează pe variabilitatea ereditară (genotipică) și se creează premisele unei evoluții pozitive. Cu variabilitatea neereditară (modificare), modificările fenotipului apar sub influența factorilor de mediu și nu sunt asociate cu o schimbare a genotipului. Modificările (modificări ale trăsăturilor cu variabilitate de modificare) apar în intervalul normal al reacției, care se află sub controlul genotipului. Modificările nu sunt transmise generațiilor viitoare. Valoarea variabilității modificării constă în faptul că asigură adaptabilitatea organismului la factorii de mediu în timpul vieții sale.

Dezvoltarea individuală a organismelor

Toate organismele vii sunt caracterizate de procesul de dezvoltare individuală - ontogeneză. În mod tradițional, ontogeneza este înțeleasă ca procesul de dezvoltare individuală a unui organism multicelular (format ca urmare a reproducerii sexuale) din momentul formării unui zigot până la moartea naturală a unui individ. Datorită diviziunii zigotului și generațiilor ulterioare de celule, se formează un organism multicelular, format dintr-un număr mare de tipuri diferite de celule, diferite țesuturi și organe. Dezvoltarea unui organism se bazează pe „programul genetic” (încorporat în genele cromozomilor zigotului) și se realizează în condiții specifice de mediu care afectează semnificativ procesul de implementare a informațiilor genetice în timpul existenței individuale a unui individ. Pe primele etape dezvoltarea individuală, are loc o creștere intensivă (creștere în masă și dimensiune), datorită reproducerii moleculelor, celulelor și altor structuri și diferențierii, adică. aparitia diferentelor de structura si complicatia functiilor. În toate etapele ontogenezei, diverși factori de mediu (temperatura, gravitatea, presiunea, compoziția alimentelor în ceea ce privește conținutul de elemente chimice și vitamine, diverși agenți fizici și chimici) au o influență reglatoare semnificativă asupra dezvoltării organismului. Studiul rolului acestor factori în procesul de dezvoltare individuală a animalelor și a oamenilor are o importanță practică deosebită, care crește odată cu intensificarea impactului antropic asupra naturii. În diverse domenii ale biologiei, medicinei, medicinei veterinare și altor științe, cercetările sunt efectuate pe scară largă pentru a studia procesele de dezvoltare normală și patologică a organismelor, pentru a elucida modelele ontogenezei.

Iritabilitate

O proprietate integrală a organismelor și a tuturor sistemelor vii este iritabilitatea - capacitatea de a percepe stimuli externi sau interni (impact) și de a răspunde în mod adecvat la aceștia. La organisme, iritabilitatea este însoțită de un complex de modificări, exprimate în schimbări în metabolism, potențial electric pe membranele celulare, parametrii fizico-chimici din citoplasma celulelor, în reacții motorii, iar animalele foarte organizate sunt caracterizate prin modificări ale comportamentului lor.

4. dogma centrala biologie moleculara - o regulă care generalizează implementarea informaţiei genetice observate în natură: informaţia se transmite din acizi nucleici la veveriţă dar nu în sens invers. Regula a fost formulată Francis Crickîn 1958 an și aduse în concordanță cu datele acumulate până la acel moment în 1970 an. Transferul de informații genetice de la ADN la ARN iar de la ARN la veveriţă este universal pentru toate organismele celulare fără excepție; stă la baza biosintezei macromoleculelor. Replicarea genomului corespunde tranziției informaționale ADN → ADN. În natură, există și tranziții ARN → ARN și ARN → ADN (de exemplu, în unele viruși), precum și o schimbare conformaţiilor proteine ​​transferate de la moleculă la moleculă.

Modalități universale de transfer a informațiilor biologice

În organismele vii, există trei tipuri de eterogene, adică formate din diferiți monomeri polimerici - ADN, ARN și proteine. Transferul de informații între ele poate fi efectuat în 3 x 3 = 9 moduri. Dogma centrală împarte aceste 9 tipuri de transfer de informații în trei grupuri:

General - întâlnit în majoritatea organismelor vii;

Specială - care apare ca excepție, în virusuri iar la elemente mobile ale genomului sau în condiţii biologice experiment;

Necunoscut - nu a fost găsit.

Replicarea ADN (ADN → ADN)

ADN-ul este principala modalitate de transmitere a informațiilor între generații de organisme vii, astfel încât duplicarea (replicarea) exactă a ADN-ului este foarte importantă. Replicarea este realizată de un complex de proteine ​​care se desfășoară cromatina, apoi un dublu helix. După aceea, ADN polimeraza și proteinele sale asociate construiesc o copie identică pe fiecare dintre cele două catene.

Transcriere (ADN → ARN)

Transcripția este un proces biologic, în urma căruia informațiile conținute într-un segment de ADN sunt copiate pe o moleculă sintetizată. ARN mesager. Se efectuează transcrierea factori de transcripțieși ARN polimeraza. LA Celulă eucariotă transcriptul primar (pre-ARNm) este adesea editat. Acest proces se numește îmbinare.

Traducere (ARN → proteină)

Se citește ARNm matur ribozomiîn timpul procesului de traducere. LA procariotăÎn celule, procesul de transcripție și traducere nu este separat spațial, iar aceste procese sunt conjugate. LA eucariote locul de transcripție în celule nucleul celular separat de site-ul de difuzare ( citoplasmă) membrana nucleara, deci ARNm transportat din nucleuîn citoplasmă. ARNm este citit de ribozom sub formă de trei nucleotide„cuvinte”. complexe factori de iniţiereși factori de alungire eliberează aminoacilat transfer ARN-uri la complexul ARNm-ribozom.

5. transcriere inversă este procesul de formare a unui dublu catenar ADN pe o matrice monocatenară ARN. Acest proces se numește verso transcripție, deoarece transferul de informații genetice în acest caz are loc în direcția „inversă” față de transcripție.

Ideea transcripției inverse a fost inițial foarte nepopulară, deoarece a contrazis dogma centrală a biologiei moleculare, care a sugerat că ADN-ul transcris la ARN și nu numai difuzatîn proteine. Gasit in retrovirusuri, de exemplu, HIV iar în caz retrotranspozoni.

transducție(din lat. transductie- mișcare) - proces de transfer bacteriene ADN de la o celulă la alta bacteriofag. Transducția generală este utilizată în genetica bacteriană pentru cartografierea genomuluiși design tulpini. Atât fagii temperați, cât și cei virulenți sunt capabili de transducție, cei din urmă, însă, distrug populația bacteriană, astfel încât transducția cu ajutorul lor nu are de mare importanta fie în natură, fie în cercetare.

O moleculă de ADN vector este o moleculă de ADN care acționează ca purtător. Molecula purtătoare trebuie să aibă o serie de caracteristici:

Capacitatea de a se replica în mod autonom într-o celulă gazdă (de obicei bacteriană sau drojdie)

Prezența unui marker selectabil

Disponibilitatea site-urilor de restricție convenabile

Cei mai comuni vectori sunt plasmidele bacteriene.

Biosfera și omul, structura biosferei.

Biosfera - învelișul Pământului, locuit de organisme vii, sub influența lor și ocupat de produsele activității lor vitale; „filmul vieții”; ecosistemul global al Pământului.

Limitele biosferei:

Limita superioară în atmosferă: 15-20 km. Este definit strat de ozon, întârzierea radiațiilor ultraviolete cu unde scurte, dăunătoare organismelor vii.

· Limita inferioară în litosferă: 3,5-7,5 km. Este determinată de temperatura de tranziție a apei în abur și de temperatura denaturarii proteinelor, cu toate acestea, în general, răspândirea organismelor vii este limitată la o adâncime de câțiva metri.

· Limita dintre atmosferă și litosferă în hidrosferă: 10-11 km. Determinat de fundul Oceanului Mondial, inclusiv sedimentele de fund.

Omul este și el o parte a biosferei, activitatea sa depășește multe procese naturale. Această relație constantă se numește legea bumerangului sau legea părere interacțiunea om-biosferă.

Pentru a corecta comportamentul uman în raport cu natura, B. Commoner a formulat patru legi, care, din punctul de vedere al lui Reimers

1 - totul este legat de tot

2 - totul trebuie să meargă undeva

3 - natura știe cel mai bine

4 - nimic nu este oferit gratuit

Structura biosferei:

· Materia vie - totalitatea corpurilor organismelor vii care locuiesc pe Pământ este unificată fizico-chimic, indiferent de apartenența lor sistematică. Masa materiei vii este relativ mică și este estimată la 2,4 ... 3,6 1012 tone (în greutate uscată) și este mai mică de o milioneme din întreaga biosfere (aproximativ 3 1018 tone), care, la rândul său, este mai mică de o miime din masa Pământului. Dar este una dintre „cele mai puternice forțe geochimice de pe planeta noastră”, deoarece organismele vii nu doar locuiesc scoarta terestra ci transformă fața pământului. Organismele vii locuiesc suprafața pământului foarte neuniformă. Distribuția lor depinde de latitudinea geografică.

Substanță biogenă - o substanță creată și prelucrată de un organism viu. De-a lungul evoluției organice, organismele vii au trecut prin organele, țesuturile, celulele și sângele lor de o mie de ori peste cea mai mare parte a atmosferei, întregul volum al oceanelor lumii și o masă uriașă de substanțe minerale. Acest rol geologic al materiei vii poate fi imaginat din depozitele de cărbune, petrol, roci carbonatice etc.

Substanță inertă - produse formate fără participarea organismelor vii.

· Substanță bioinertă - o substanță care este creată simultan de organismele vii și procesele inerte, reprezentând sisteme echilibrate dinamic ale ambelor. Acestea sunt solul, nămolul, crusta de intemperii etc. Organismele joacă un rol principal în ele.

Substanță în curs de dezintegrare radioactivă.

· Atomi împrăștiați, creați continuu din orice fel de materie terestră sub influența radiațiilor cosmice.

O substanță de origine cosmică.

nivelurile de organizare a vieții.

Niveluri de organizare a vieții - niveluri subordonate ierarhic de organizare a biosistemelor, reflectând nivelurile de complexitate ale acestora. Cel mai adesea, se disting șapte niveluri structurale de bază ale vieții: molecular, celular, organ-țesut, organism, populație-specie, biogeocenotic și biosferic. De obicei, fiecare dintre aceste niveluri este un sistem de subsisteme de nivel inferior și un subsistem de un sistem de nivel superior.

1) Nivelul molecular organizarea vieții

Este reprezentat de o varietate de molecule găsite într-o celulă vie (Combinând molecule în complexe speciale, codând și transferând informații genetice)

2) Nivelul de țesut al organizării vieții

Nivelul de țesut este reprezentat de țesuturi care unesc celule cu o anumită structură, dimensiune, localizare și funcții similare. Țesuturile au apărut în cursul dezvoltării istorice împreună cu multicelularitatea .. La animale, se disting mai multe tipuri de țesuturi (epiteliale, conjunctive, musculare, nervoase). La plante se disting tesuturile meristematice, protectoare, bazice si conductoare. La acest nivel are loc specializarea celulară.

3) Nivelul de organ al organizării vieții

Nivelul organelor este reprezentat de organele organismelor. La protozoare, digestia, respirația, circulația substanțelor, excreția, mișcarea și reproducerea sunt efectuate de diverse organele. Organismele mai avansate au sisteme de organe. La plante și animale, organele se formează datorită unui număr diferit de țesuturi.

4) Nivelul organic (ontogenetic) al organizării vieții

Este reprezentată de organisme unicelulare și pluricelulare ale plantelor, animalelor, ciupercilor și bacteriilor.O celulă este principala componentă structurală a unui organism.

5) Nivelul de organizare a vieții populație-specie

Este reprezentat în natură de o mare varietate de specii și de populațiile acestora.

6) Nivelul biogeocenotic al organizării vieții

Este reprezentată de o varietate de biogeocenoze naturale și culturale în toate mediile de viață.

7) Nivelul biosferic al organizării vieții

Este reprezentată de cea mai înaltă formă globală de organizare a biosistemelor - biosfera.

3. Prevalența și rolul materiei vii pe planetă.

Organismele vii, reglează circulația substanțelor, servesc ca un factor geologic puternic care formează suprafața Pământului.

NIVELURI DE ORGANIZARE VIE

Există niveluri moleculare, celulare, tisulare, organe, organism, populație, specii, niveluri biocenotice și globale (biosferice) de organizare a celor vii. La toate aceste niveluri se manifestă toate proprietățile caracteristice viețuitoarelor. Fiecare dintre aceste niveluri este caracterizat de caracteristici inerente altor niveluri, dar fiecare nivel are propriile caracteristici specifice.

Nivelul molecular. Acest nivel este profund în organizarea celor vii și este reprezentat de molecule de acizi nucleici, proteine, carbohidrați, lipide și steroizi care se află în celule și se numesc molecule biologice. La acest nivel sunt inițiate și desfășurate cele mai importante procese ale activității vitale (codificarea și transmiterea informațiilor ereditare, respirația, metabolismul și metabolismul energetic, variabilitatea etc.). Specificitatea fizică și chimică a acestui nivel constă în faptul că compoziția viului include un număr mare de elemente chimice, dar cea mai mare parte a vieții este reprezentată de carbon, oxigen, hidrogen și azot. Moleculele se formează dintr-un grup de atomi, iar din acestea din urmă se formează compuși chimici complecși, care diferă ca structură și funcție. Majoritatea acestor compuși din celule sunt reprezentați de acizi nucleici și proteine, ale căror macromolecule sunt polimeri sintetizați ca urmare a formării monomerilor și a combinării acestora din urmă într-o anumită ordine. În plus, monomerii macromoleculelor din același compus au aceleași grupări chimice și sunt conectați folosind legături chimiceîntre atomi, nespecifice ale acestora

părți ice (zone). Toate macromoleculele sunt universale, deoarece sunt construite după același plan, indiferent de specie. Fiind universale, sunt în același timp unice, deoarece structura lor este unică. De exemplu, compoziția nucleotidelor ADN include o bază azotată dintre cele patru cunoscute (adenină, guanină, citozină sau timină), drept urmare orice nucleotidă este unică în compoziția sa. Structura secundară a moleculelor de ADN este, de asemenea, unică.

Specificitatea biologică a nivelului molecular este determinată de specificitatea funcțională a moleculelor biologice. De exemplu, specificul acizilor nucleici constă în faptul că ei codifică informația genetică pentru sinteza proteinelor. Mai mult, aceste procese sunt efectuate ca urmare a acelorași etape ale metabolismului. De exemplu, biosinteza acizilor nucleici, aminoacizilor și proteinelor urmează un model similar în toate organismele. Oxidarea acizilor grași, glicoliza și alte reacții sunt, de asemenea, universale.

Specificitatea proteinelor este determinată de secvența specifică a aminoacizilor din moleculele lor. Această secvență determină în continuare proprietățile biologice specifice ale proteinelor, deoarece acestea sunt principalele elemente structurale ale celulelor, catalizatori și regulatori ai reacțiilor din celule. Carbohidrații și lipidele sunt cele mai importante surse de energie, în timp ce steroizii sunt importanți pentru reglarea unui număr de procese metabolice.

La nivel molecular, energia este convertită - energia radiantă în energie chimică stocată în carbohidrați și altele compuși chimici, A energie chimica carbohidrați și alte molecule - în energie disponibilă biologic, stocată sub formă de legături macroergice de ATP. În cele din urmă, aici energia legăturilor macroergice de fosfat este transformată în muncă - mecanică, electrică, chimică, osmotică. Mecanismele tuturor proceselor metabolice și energetice sunt universale.

Moleculele biologice asigură, de asemenea, continuitate între molecule și nivelul următor (celular), deoarece sunt materialul din care se formează structurile supramoleculare. Nivelul molecular este „arena” reacțiilor chimice care furnizează energie la nivel celular.

Nivel celular. Acest nivel de organizare al vieții este reprezentat de celule care acționează ca organizații independente.

mov (bacterii, protozoare etc.), precum și celulele organismelor pluricelulare. Principala caracteristică specifică a acestui nivel este că viața începe de la el. Fiind capabile de viață, creștere și reproducere, celulele reprezintă principala formă de organizare a materiei vii, unitățile elementare din care sunt construite toate ființele vii (procariote și eucariote). Nu există diferențe fundamentale de structură și funcție între celulele vegetale și cele animale. Unele diferențe se referă numai la structura membranelor lor și a organelelor individuale. Există diferențe notabile de structură între celulele procariote și celulele eucariote, dar în termeni funcționali, aceste diferențe sunt nivelate, deoarece regula „celulă din celulă” se aplică peste tot.

Specificitatea nivelului celular este determinată de specializarea celulelor, de existența celulelor ca unități specializate ale unui organism pluricelular. La nivel celular, există o diferențiere și ordonare a proceselor vitale în spațiu și timp, care este asociată cu limitarea funcțiilor la diferite structuri subcelulare. De exemplu, celulele eucariote au dezvoltat semnificativ sisteme membranare (membrană plasmatică, reticul citoplasmatic, complex lamelar) și organele celulare (nucleu, cromozomi, centrioli, mitocondrii, plastide, lizozomi, ribozomi). Structurile membranelor sunt „arena” celor mai importante procese de viață, iar structura cu două straturi a sistemului membranar mărește semnificativ aria „arenei”. În plus, structurile membranei asigură separarea spațială a multor molecule biologice din celule și a acestora stare fizică permite mișcarea difuză constantă a unora dintre moleculele de proteine ​​și fosfolipide conținute în acestea. Astfel, membranele sunt un sistem ale cărui componente sunt în mișcare. Ele se caracterizează prin diverse rearanjamente, ceea ce determină iritabilitatea celulelor - cea mai importantă proprietate a celor vii.

nivelul tesuturilor. Acest nivel este reprezentat de țesuturi care combină celule cu o anumită structură, dimensiune, locație și funcții similare. Țesuturile au apărut în cursul dezvoltării istorice împreună cu multicelularitatea. În organismele multicelulare, ele se formează în timpul ontogenezei ca rezultat al diferențierii celulare. La animale se disting mai multe tipuri de tesuturi (epiteliale, conjunctive, musculare, sanguine, nervoase si reproductive). Cursele

umbrele disting țesuturile meristematice, protectoare, de bază și conductoare. La acest nivel are loc specializarea celulară.

Nivelul organelor. Reprezentat de organele organismelor. La plante și animale, organele se formează datorită unui număr diferit de țesuturi. La protozoare, digestia, respirația, circulația substanțelor, excreția, mișcarea și reproducerea sunt efectuate de diverse organele. Organismele mai avansate au sisteme de organe. Vertebratele se caracterizează prin cefalizare, care constă în concentrarea celor mai importanți centri nervoși și organe senzoriale din cap.

Nivelul organismului. Acest nivel este reprezentat de organismele înseși - organisme unicelulare și multicelulare de natură vegetală și animală. O caracteristică specifică a nivelului organismic este că la acest nivel au loc decodificarea și implementarea informațiilor genetice, crearea de caracteristici structurale și funcționale inerente organismelor unei specii date.

nivelul speciei. Acest nivel este determinat de speciile de plante și animale. În prezent, există aproximativ 500 de mii de specii de plante și aproximativ 1,5 milioane de specii de animale, ai căror reprezentanți se caracterizează printr-o mare varietate de habitate și ocupă nișe ecologice diferite. O specie este, de asemenea, o unitate de clasificare a ființelor vii.

nivelul populatiei. Plantele și animalele nu există izolat; sunt uniți în populații care se caracterizează printr-un anumit fond de gene. În cadrul aceleiași specii, pot exista de la una la multe mii de populații. Transformări evolutive elementare sunt efectuate în populații, se dezvoltă o nouă formă adaptativă.

Nivel biocenotic. Este reprezentat de biocenoze - comunități de organisme de diferite specii. În astfel de comunități, organismele din diferite specii depind într-o oarecare măsură unele de altele. În cursul dezvoltării istorice s-au dezvoltat biogeocenoze (ecosisteme), care sunt sisteme formate din comunități interdependente de organisme și factori de mediu abiotici. Ecosistemele se caracterizează printr-un echilibru fluid între organisme și factori abiotici. La acel nivel se desfășoară ciclurile material-energie asociate cu activitatea vitală a organismelor.

Nivel global (biosferic). Acest nivel este cea mai înaltă formă de organizare a celor vii (sisteme vii). Este reprezentată de biosferă. La acest nivel, toate ciclurile materie-energie sunt unite într-un singur ciclu biosferic gigant de substanțe și energie.

Între diferite niveluri organizarea celor vii acolo este o unitate dialectică. Viul este organizat după tipul de organizare sistemică, a cărui bază este ierarhia sistemelor. Trecerea de la un nivel la altul este asociată cu păstrarea mecanismelor funcționale care funcționează la nivelurile anterioare și este însoțită de apariția unei structuri și funcții de noi tipuri, precum și de o interacțiune caracterizată de noi trăsături, adică o apare o nouă calitate.