Рівні організації живої матерії- Ієрархічно підпорядковані рівні організації біосистем, що відображають рівні їх ускладнення. Найчастіше виділяють шість основних структурних рівнів життя: молекулярний, клітинний, організмовий, популяційно-видовий, біогеоценотичний та біосферний. У типовому випадку кожен із цих рівнів є системою з підсистем нижчого рівня та підсистемою системи вищого рівня.

Слід наголосити, що побудова універсального списку рівнів біосистем неможлива. Виділяти окремий рівень організації доцільно у разі, якщо у ньому з'являються нові властивості, відсутні системи нижчого рівня. Наприклад, феномен життя виникає на клітинному рівні, А потенційне безсмертя - на популяційному. p align="justify"> При дослідженні різних об'єктів або різних аспектів їх функціонування можуть виділятися різні набори рівнів організації. Наприклад, у одноклітинних організмів клітинний та організмовий рівень збігаються. При вивченні проліферації (розмноження) клітин багатоклітинного рівня може бути необхідним виділення окремих тканинного та органного рівнів, так як для тканини та для органу можуть бути характерні специфічні механізми регуляції досліджуваного процесу.

Одним із висновків, що випливають з загальної теоріїсистем є те, що біосистеми різних рівнів можуть бути подібними до своїх істотних властивостей, наприклад, принципів регуляції важливих для їх існування параметрів

Молекулярний рівень організації життя

Це специфічні для живих організмів класи органічних сполук (білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти тощо), їх взаємодія між собою та з неорганічними компонентами, роль обміну речовин та енергії в організмі, зберіганні та передачі спадкової інформації. Цей рівень можна назвати початковим, найглибшим рівнем організації живого. Кожен живий організм складається з молекул органічних речовин-білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів, жирів, що знаходяться в клітинах Зв'язок між молекулярним і наступним за ним клітинним рівнем забезпечується тим, що молекули це той матеріал, з якого створені надмолекулярні клітинні структури. Тільки вивчивши молекулярний рівень можна зрозуміти, як протікали процеси зародження та еволюції життя на нашій планеті, якими є молекулярні основи спадковості та процесів обміну речовин в організмі. Адже саме на молекулярному рівні відбувається перетворення всіх видів енергії та обмін речовин у клітині. Механізми цих процесів також універсальні всім живих організмів.

Компоненти

• Молекули неорганічних та органічних сполук
• Молекулярні комплекси хімічних сполук (мембрана та ін.)

Основні процеси

• Об'єднання молекул у спеціальні комплекси
• Здійснення фізико- хімічних реакційу впорядкованому вигляді
• Копіювання ДНК, кодування та передача генетичної інформації

• Біохімія
• Біофізика
• Молекулярна біологія
• Молекулярна генетика

Клітинний рівень організації життя

Представлений одноклітинними організмами і клітинами, що входять в багатоклітинні організми.

Компоненти

• Комплекси молекул хімічних сполук та органели клітини.

Основні процеси

• Біосинтез, фотосинтез
• Регулювання хімічних реакцій
• Розподіл клітини
• Залучення хімічних елементівЗемлі та енергії Сонця в біосистемі

Науки, які ведуть дослідження на цьому рівні

• Генна інженерія
• Цитогенетика
• Цитологія
• Ембріологія Геологія

Тканинний рівень організації життя

Тканинний рівень представлений тканинами, що поєднують клітини певної будови, розмірів, розташування та подібних функцій. Тканини виникли в ході історичного розвиткуразом із багатоклітинністю. У багатоклітинних організмів вони утворюються у процесі онтогенезу як наслідок диференціації клітин. У тварин розрізняють кілька типів тканин (епітеліальна, сполучна, м'язова, нервова, а також кров та лімфа). У рослин розрізняють меристематичну, захисну, основну та провідну тканини. На цьому рівні відбувається спеціалізація клітин.

Наукові дисципліни, які здійснюють дослідження на цьому рівні: гістологія.

Органний рівень організації життя

Органний рівень представлений органами організмів. У найпростіших травлення, дихання, циркуляція речовин, виділення, пересування та розмноження здійснюються за рахунок різних органел. У досконаліших організмів є системи органів. У рослин та тварин органи формуються за рахунок різної кількостітканин. Для хребетних характерна цефалізація, що захищається в зосередженні найважливіших центрів і органів чуття в голові.

Організмальний рівень організації життя

Представлений одноклітинними та багатоклітинними організмами рослин, тварин, грибів та бактерій.

Компоненти

• Клітина – основний структурний компонент організму. З клітин утворені тканини та органи багатоклітинних організмів.

Основні процеси

• Обмін речовин (метаболізм)
• Дратівливість
• Розмноження
• Онтогенез
• Нервово-гуморальне регулювання процесів життєдіяльності
• Гомеостаз

Науки, які ведуть дослідження на цьому рівні

• Анатомія
• Біометрія
• Морфологія
• Фізіологія
• Гістологія

Популяційно-видовий рівень організації життя

Представлений у природі величезним розмаїттям видів та його популяцій.

Компоненти

• Групи споріднених особин, об'єднаних певним генофондом та специфічною взаємодією з довкіллям

Основні процеси

1. Генетична своєрідність
2. Взаємодія між особами та популяціями
3. Накопичення елементарних еволюційних перетворень
4. Здійснення мікроеволюції та вироблення адаптації до середовища, що змінюється.

• Видоутворення

1. Збільшення біорізноманіття

Науки, які ведуть дослідження на цьому рівні

• Генетика популяцій
• Теорія еволюції
• Екологія

Біогеоценотичний рівень організації життя

Представлений різноманітністю природних та культурних екосистем у всіх середовищах життя.

Компоненти

• Населення різних видів
• Фактори середовища
• Харчові мережі, потоки речовин та енергії

Основні процеси

• Біохімічний кругообіг речовин і потік енергії, що підтримують життя
• Рухова рівновага між живими оганізмами та абіотичним середовищем (гомеостаз)
• Забезпечення живих організмів умовам проживання та ресурсами (їжею та притулком)

Науки, які ведуть дослідження на цьому рівні

• Біогеографія
• Біогеоценологія
• Екологія

Біосферний рівень організації життя

Поданий вище глобальною формою організації біосистем - біосферою.

Компоненти

• Біогеоценози
• Антропогенний вплив

Основні процеси

• Активна взаємодія живої та неживої речовини планети
• Біологічний кругообіг речовин та енергії
• Активна біогеохімічна участь людини у всіх процесах біофери, її господарська та етнокультурна діяльність

Науки, які ведуть дослідження на цьому рівні

• Екологія
  • Глобальна екологія
  • Космічна екологія
  • Соціальна екологія

Рівні організації органічного світу- дискретні стани біологічних систем, що характеризуються підпорядкованістю, взаємопов'язаністю, специфічними закономірностями.

Структурні рівні організації життя надзвичайно різноманітні, але основними є молекулярний, клітинний, онтогенетичний, популяційно-видовий, бігіоценотичний та біосферний.

1. Молекулярно-генетичний рівень життя. Найважливішими завданнями біології цьому етапі вивчення механізмів передачі генної інформації, спадковості і мінливості.

Існує кілька механізмів мінливості на молекулярному рівні. Найважливішим є механізм мутації генів - безпосереднє перетворення самих генів під впливом зовнішніх чинників. Чинниками, що викликають мутацію, є: радіація, токсичні хімічні сполуки, віруси.

Ще один механізм мінливості – рекомбінація генів. Такий процес має місце при статевому розмноженні у вищих організмів. У цьому немає зміни загального обсягу генетичної інформації.

Ще один механізм мінливості був відкритий лише в 1950-ті роки. Це - некласична рекомбінація генів, у якому відбувається загальне збільшення обсягу генетичної інформації з допомогою включення до геном клітини нових генетичних елементів. Найчастіше ці елементи вносять у клітину вірусами.

2. Клітинний рівень. Сьогодні наукою достовірно встановлено, що найменшою самостійною одиницею будови, функціонування та розвитку живого організму є клітина, яка є елементарною біологічною системою, здатною до самооновлення, самовідтворення та розвитку. Цитологія - наука, що вивчає живу клітку, її будова, функціонування як елементарної живої системи, досліджує функції окремих клітинних компонентів, процес відтворення клітин, пристосування до умов середовища та ін. Також цитологія досліджує особливості спеціалізованих клітин, становлення їх особливих функцій та розвиток специфічних клітинних структур. Таким чином, сучасну цитологію було названо фізіологією клітини.

Значним просуванням у вивченні клітин сталося на початку 19 століття, було відкрито та описано клітинне ядро. На підставі цих досліджень і була створена клітинна теорія, що стала найбільшою подієюу біології 19 ст. Саме ця теорія послужила фундаментом у розвиток ембріології, фізіології, теорії еволюції.

Найважливіша частина всіх клітин - ядро, яке зберігає та відтворює генетичну інформацію, регулює процеси обміну речовин у клітині.

Усі клітини поділяються на дві групи:

· Прокаріоти – клітини, позбавлені ядра

· Еукаріоти - клітини, що містять ядра

Вивчаючи живу клітину, вчені звернули увагу на існування двох основних типів її харчування, що дозволило всі організми поділити на два типи:

· Автотрофні – самі виробляють необхідні їм поживні речовини

· Гетеротрофні – не можуть обходитися без органічної їжі.

Пізніше було уточнено такі важливі чинники, як здатність організмів синтезувати необхідні речовини (вітаміни, гормони), забезпечувати себе енергією, залежність від екологічного середовищата ін. Таким чином, складний та диференційований характер зв'язків свідчить про необхідність системного підходу до вивчення життя та на онтогенетичному рівні.

3. Онтогенетичний рівень. Багатоклітинні організми. Цей рівень виник у результаті формування живих організмів. Основною одиницею життя виступає окрема особина, а елементарним явищем – онтогенез. Вивченням функціонування та розвитку багатоклітинних живих організмів займається фізіологія. Ця наука розглядає механізми дії різних функцій живого організму, їх зв'язок між собою, регуляцію та пристосування до зовнішнього середовища, походження та становлення у процесі еволюції та індивідуального розвитку особини. По суті це і є процес онтогенезу - розвиток організму від народження до смерті. При цьому відбувається зростання, переміщення окремих структур, диференціація та ускладнення організму.

Всі багатоклітинні організми складаються з органів та тканин. Тканини - це група фізично об'єднаних клітин та міжклітинних речовин для виконання певних функцій. Їхнє вивчення є предметом гістології.

Органи – це відносно великі функціональні одиниці, які поєднують різні тканини в ті чи інші фізіологічні комплекси. У свою чергу органи входять до складу більших одиниць – систем організму. Серед них виділяють нервову, травну, серцево-судинну, дихальну та інші системи. Внутрішні органиє лише у тварин.

4. Популяційно-біоценотичний рівень. Це надорганізмний рівень життя, основною одиницею якого є населення. На відміну від популяції видом називається сукупність особин, подібних до будови і фізіологічним властивостям, що мають загальне походження, що можуть вільно схрещуватися і давати плідне потомство. Вид існує лише через популяції, що становлять генетично відкриті системи. Вивченням популяцій опікується популяційна біологія.

Термін "населення" був запроваджений одним із основоположником генетики В. Йогансеном, який назвав так генетично неоднорідну сукупність організмів. Пізніше населення стала вважатися цілісної системою, безперервно взаємодіючої з довкіллям. Саме популяції є реальними системами, якими існують види живих організмів.

Популяції - генетично відкриті системи, оскільки ізоляція популяцій не абсолютна і періодично буває можливим обмін генетичної інформацією. Саме популяції виступають як елементарні одиниці еволюції, зміни їх генофонду ведуть до появи нових видів.

Популяції, здатні до самостійного існування та трансформації, об'єднуються в сукупності наступного надорганізмового рівня – біоценози. Біоценоз - сукупність популяцій, які проживають певній території.

Біоценоз є закритою для чужих популяцій систему, для складових його популяцій - це відкрита система.

5. Біогеоцетонічний рівень. Біогеоценоз – стійка система, яка може існувати протягом тривалого часу. Рівнавага живої системі динамічно, тобто. є постійним рухом навколо певної точки стійкості. Для її стабільного функціонування необхідна наявність зворотнього зв'язку між її керуючою та виконуючою підсистемами. Такий спосіб підтримки динамічної рівноваги між різними елементами біогеоценозу, викликане масовим розмноженням одних видів та скороченням або зникненням інших, що призводить до зміни якості довкілля, називають екологічною катастрофою.

Біогеоценоз - це цілісна система, що саморегулюється, в якій виділяється кілька типів підсистем. Первинні системи - продуценти, які безпосередньо переробляють неживу матерію; консументи - вторинний рівень, на якому речовина та енергія виходять за рахунок використання продуцентів; потім йдуть консументи другого порядку. Також існують падальники та редуценти.

Через ці рівні в біогеоценозі проходить кругообіг речовин: життя бере участь у використанні, переробці та відновленні різних структур. У біогеоценозі – односпрямований енергетичний потік. Це робить його незамкненою системою, безперервно пов'язаною із сусідніми біогеоценозами.

Саморегуляція біогеоценлзів протікає тим успішніше, чим різноманітніша кількість його елементів. Від різноманіття його компонентів залежить стійкість біогеоценозів. Випадання одного або кількох компонентів може призвести до незворотного порушення рівноваги та загибелі його як цілісної системи.

6. Біосферний рівень. Це найвищий рівеньорганізації життя, що охоплює всі явища життя на планеті. Біосфера - це жива речовина планети і перетворена ним довкілля. Біологічний обмін речовин - це чинник, який поєднує всі інші рівні організації життя однієї біосферу. На цьому рівні відбувається кругообіг речовин і перетворення енергії, пов'язані з життєдіяльністю всіх живих організмів, що мешкають на Землі. Таким чином, біосфера є єдиною екологічною системою. Вивчення функціонування цієї системи, її будови та функцій – найважливіше завдання біології на цьому рівні життя. Займаються вивченням цих проблем екологія, біоценологія та біогеохімія.

Розробка вчення про біосферу нерозривно пов'язані з ім'ям видатного російського вченого В.І. Вернадського. Саме йому вдалося довести зв'язок органічного світу нашої планети, що виступає у вигляді єдиного цілого нероздільного, з геологічними процесами на Землі. Вернадський відкрив та вивчив біогеохімічні функції живої речовини.

Завдяки біогенній міграції атомів жива речовина виконує свої геохімічні функції. Сучасна наукавиділяє п'ять геохімічних функцій, що виконує живу речовину.

1. Концентраційна функція виявляється у накопиченні певних хімічних елементів усередині живих організмів завдяки їх діяльності. Результатом цього стала поява запасів з корисними копалинами.

2. Транспортна функція тісно пов'язана з першою функцією, тому що живі організми переносять потрібні їм хімічні елементи, які потім накопичуються у місцях їх проживання.

3. Енергетична функція забезпечує потоки енергії, що пронизують біосферу, що дозволяє здійснювати всі біогеохімічні функції живої речовини.

4. Деструктивна функція - функція руйнування та переробки органічних останків, в ході цього процесу накопичені організмами речовини повертаються в природні цикли, йде кругообіг речовин у природі.

5. Середньоутворююча функція - перетворення навколишнього середовища під дією живої речовини. Весь сучасний образ Землі – склад атмосфери, гідросфери, верхнього шару літосфери; більшість корисних копалин; Клімат – є результатом дії Життя.

Розрізняють такі рівні організації живої матерії – рівні біологічної організації: молекулярний, клітинний, тканинний, органний, організмовий, популяційно-видовий та екосистемний.

Молекулярний рівень організації– це рівень функціонування біологічних макромолекул – біополімерів: нуклеїнових кислот, білків, полісахаридів, ліпідів, стероїдів. З цього рівня починаються найважливіші процеси життєдіяльності: обмін речовин, перетворення енергії, передача спадкової інформації. Цей рівень вивчають біохімія, молекулярна генетика, молекулярна біологія, генетика, біофізика.

Клітинний рівень- це рівень клітин (клітин бактерій, ціанобактерій, одноклітинних тварин та водоростей, одноклітинних грибів, клітин багатоклітинних організмів). Клітина – це структурна одиниця живого, функціональна одиниця, одиниця розвитку. Цей рівень вивчають цитологія, цітохімія, цитогенетика, мікробіологія.

Тканинний рівень організації- це рівень, на якому вивчається будова та функціонування тканин. Досліджується цей рівень гістологією та гістохімією.

Органний рівень організації- Це рівень органів багатоклітинних організмів. Вивчають цей рівень анатомію, фізіологію, ембріологію.

Організмальний рівень організації- це рівень одноклітинних, колоніальних та багатоклітинних організмів. Специфіка організмового рівня у цьому, що у цьому відбувається декодування і реалізація генетичної інформації, формування ознак, властивих особам цього виду. Цей рівень вивчається морфологією (анатомією та ембріологією), фізіологією, генетикою, палеонтологією.

Популяційно-видовий рівень- це рівень сукупностей особин - популяційі видів. Цей рівень вивчається систематикою, таксономією, екологією, біогеографією, генетикою популяцій. На цьому рівні вивчаються генетичні та екологічні особливості популяцій, елементарні еволюційні факторита їх вплив на генофонд (мікроеволюція), проблема збереження видів.

Екосистемний рівень організації- Це рівень мікроекосистем, мезоекосистем, макроекосистем. На цьому рівні вивчаються типи харчування, типи взаємин організмів та популяцій в екосистемі, чисельність популяцій, динаміка чисельності популяцій, щільність популяцій, продуктивність екосистем, сукцесії Цей рівень вивчає екологія.

Виділяють також біосферний рівень організаціїживої матерії. Біосфера – це гігантська екосистема, що займає частину географічної оболонки Землі. Це мега-екосистема. У біосфері відбувається кругообіг речовин та хімічних елементів, а також перетворення сонячної енергії.

2. Фундаментальні властивості живої матерії

Обмін речовин (метаболізм)

Обмін речовин (метаболізм) - сукупність хімічних перетворень, що протікають в живих системах, що забезпечують їх життєдіяльність, зростання, відтворення, розвиток, самозбереження, постійний контакт з навколишнім середовищем, здатність адаптуватися до неї та її змін. У процесі обміну речовин відбувається розщеплення та синтез молекул, що входять до складу клітин; утворення, руйнування та оновлення клітинних структур та міжклітинної речовини. В основі метаболізму лежать взаємопов'язані процеси асиміляції (анаболізм) та дисиміляції (катаболізм). Асиміляція - процеси синтезу складних молекул із простих із витрачанням енергії, запасеної в ході дисиміляції (а також накопичення енергії при відкладенні в запас синтезованих речовин). Дисиміляція - процеси розщеплення (анаеробної або аеробної) складних органічних сполук, що йде з вивільненням енергії, необхідної для здійснення життєдіяльності організму. На відміну від тіл неживої природи обмін із довкіллям для живих організмів є умовою існування. У цьому відбувається самооновлення. Процеси обміну речовин, що протікають усередині організму, об'єднані в метаболічні каскади та цикли хімічними реакціями, які суворо упорядковані у часі та просторі. Узгоджене перебіг великої кількості реакцій у малому обсязі досягається шляхом упорядкованого розподілу окремих ланок обміну речовин у клітині (принцип компартменталізації). Процеси обміну речовин регулюються за допомогою біокаталізаторів – спеціальних білків-ферментів. Кожен фермент має субстратну специфічність каталізувати перетворення лише одного субстрату. В основі цієї специфічності лежить своєрідне "впізнавання" субстрату ферментом. Ферментативний каталіз відрізняється від небіологічного надзвичайно високою ефективністю, внаслідок чого швидкість відповідної реакції підвищується у 1010 – 1013 разів. Кожна молекула ферменту здатна здійснювати від кількох тисяч до кількох мільйонів операцій на хвилину, не руйнуючись у участі у реакціях. Ще одна характерна відмінність ферментів від небіологічних каталізаторів полягає в тому, що ферменти здатні прискорювати реакції за звичайних умов (атмосферний тиск, температура тіла організму тощо). Всі живі організми можуть бути поділені на дві групи - автотрофи та гетеротрофи, що відрізняються джерелами енергії та необхідних речовин для своєї життєдіяльності. Автотрофи - організми, що синтезують із неорганічних речовин органічні сполукиз використанням енергії сонячного світла (фотосинтетики – зелені рослини, водорості, деякі бактерії) або енергії, одержуваної при окисленні неорганічного субстрату (хемосинтетики – сіро-, залізобактерії та деякі інші), автотрофні організми здатні синтезувати всі компоненти клітини. Роль фотосинтезуючих автотрофів у природі є визначальною - будучи первинним продуцентом органічної речовини в біосфері, вони забезпечують існування всіх інших організмів та перебіг біогеохімічних циклів у кругообігу речовин на Землі. Гетеротрофи (всі тварини, гриби, більшість бактерій, деякі безхлорофільні рослини) - організми, які потребують свого існування в готових органічних речовинах, які, надходячи як їжа, служать як джерелом енергії, так і необхідним "будівельним матеріалом". Характерною рисою гетеротрофів є у них амфіболізму, тобто. процесу утворення дрібних органічних молекул(мономерів), що утворюються при перетравленні їжі (процес деградації складних субстратів). Такі молекули - мономери застосовуються для збирання власних складних органічних сполук.

Самовідтворення (репродукція)

Здатність до розмноження (відтворення собі подібних, самовідтворення) відноситься до однієї з фундаментальних властивостей живих організмів. Розмноження необхідно у тому, щоб забезпечити безперервність існування видів, т.к. тривалість життя окремого організму обмежена. Розмноження з надлишком компенсує втрати, зумовлені природним відмиранням особин, і таким чином підтримує збереження виду ряду поколінь особин. У процесі еволюції живих організмів відбувалася еволюція методів розмноження. Тому в існуючих численних і різноманітних видів живих організмів ми виявляємо різні форми розмноження. Багато видів організмів поєднують кілька способів розмноження. Необхідно виділити два типи розмноження організмів, що принципово відрізняються, - безстатеве (первинний і більш древній тип розмноження) і статеве. У процесі безстатевого розмноження нова особина утворюється із однієї чи групи клітин (у багатоклітинних) материнського організму. При всіх формах безстатевого розмноження нащадки мають генотип (сукупність генів) ідентичним материнському. Отже, все потомство одного материнського організму виявляється генетично однорідним і дочірні особини мають однаковий комплекс ознак. При статевому розмноженні нова особина розвивається із зиготи, що утворюється шляхом злиття двох спеціалізованих статевих клітин (процес запліднення), що продукуються двома батьківськими організмами. Ядро в зиготі містить гібридний набір хромосом, що утворюється в результаті об'єднання наборів хромосом ядер гамет, що злилися. У ядрі зиготи, таким чином, створюється нова комбінація спадкових задатків (генів), привнесених однаково обома батьками. А дочірній організм, що розвивається із зиготи, матиме нове поєднання ознак. Іншими словами, при статевому розмноженні відбувається здійснення комбінативної форми спадкової мінливості організмів, що забезпечує пристосування видів до умов середовища, що змінюються і являє собою істотний фактор еволюції. У цьому полягає значна перевага статевого розмноження в порівнянні з безстатевим. Здатність живих організмів до самовідтворення базується на унікальній властивості нуклеїнових кислот до репродукції та феномені матричного синтезу, що лежить в основі утворення молекул нуклеїнових кислот та білків. Самовідтворення на молекулярному рівні обумовлює як здійснення обміну речовин у клітинах, так і самовідтворення самих клітин. Клітинний розподіл (самовостворення клітин) лежить в основі індивідуального розвитку багатоклітинних організмів та відтворення всіх організмів. Розмноження організмів забезпечує самовідтворення всіх видів, що населяють Землю, що у свою чергу зумовлює існування біогеоценозів та біосфери.

Спадковість та мінливість

Спадковість забезпечує матеріальну наступність (потік генетичної інформації) між поколіннями організмів. Вона тісно пов'язана з репродукцією на молекулярному, субклітинному та клітинному рівнях. Генетична інформація, що визначає різноманітність спадкових ознак, зашифрована у молекулярній структурі ДНК (у деяких вірусів – у РНК). У генах закодована інформація про структуру синтезованих білків, ферментних та структурних. Генетичний код - це система "запису" інформації про послідовність розташування амінокислот у синтезованих білках за допомогою послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК. Сукупність всіх генів організму називається генотипом, а сукупність ознак – фенотипом. Фенотип залежить як від генотипу, так і факторів внутрішнього та зовнішнього середовища, які впливають на активність генів та зумовлюють регулярні процеси. Зберігання і передачі спадкової інформації здійснюється в усіх організмів з допомогою нуклеїнових кислот, генетичний код єдиний всім живих істот Землі, тобто. він універсальний. Завдяки спадковості з покоління в покоління передаються ознаки, що забезпечують пристосованість організмів до середовища проживання. Якби при розмноженні організмів виявлялася лише наступність існуючих ознак і властивостей, то на тлі змінних умов зовнішнього середовища існування організмів було б неможливим, тому що необхідною умовою життя організмів є їх пристосованість до умов довкілля. Виявляється мінливість у різноманітності організмів, що належать до того самого виду. Мінливість може реалізовуватися в окремих організмів у ході їх індивідуального розвитку чи межах групи організмів у ряду поколінь при розмноженні. Виділяють дві основні форми мінливості, що розрізняються за механізмами виникнення, характером зміни ознак і, нарешті, їх значущістю для існування живих організмів - генотипічну (спадкову) та модифікаційну (неспадкову). Генотипова мінливість пов'язана із зміною генотипу та призводить до зміни фенотипу. В основі генотипної мінливості можуть лежати мутації (мутаційна мінливість) або нові комбінації генів, що виникають у процесі запліднення при статевому розмноженні. При мутаційній формі зміни пов'язані насамперед з помилками при реплікації нуклеїнових кислот. Таким чином, відбувається виникнення нових генів, що несуть нову генетичну інформацію; відбувається поява нових ознак. І якщо нові ознаки корисні організму в конкретних умовах, то вони "підхоплюються" і "закріплюються" природним відбором. Таким чином, на спадковій (генотипічній) мінливості базується пристосованість організмів до умов зовнішнього середовища, різноманітність організмів, створюються передумови для позитивної еволюції. При неуспадковій (модифікаційній) мінливості відбуваються зміни фенотипу під впливом чинників довкілля і пов'язані зі зміною генотипу. Модифікації (зміни ознак при модифікаційній мінливості) відбуваються у межах норми реакції, яка під контролем генотипу. Модифікації не передаються наступним поколінням. Значення модифікаційної мінливості полягає в тому, що вона забезпечує пристосованість організму до факторів довкілля протягом його життя.

Індивідуальний розвиток організмів

Всім живим організмам властивий процес індивідуального розвитку – онтогенез. Традиційно, під онтогенезом розуміють процес індивідуального розвитку багатоклітинного організму (який утворюється в результаті статевого розмноження) від моменту формування зиготи до природної смерті особини. За рахунок поділу зиготи і наступних поколінь клітин формується багатоклітинний організм, що складається з великої кількості різних типів клітин, різних тканин і органів. Розвиток організму базується на "генетичній програмі" (закладеної в генах хромосом зиготи) і здійснюється в конкретних умовах середовища, що істотно впливає на процес реалізації генетичної інформації в ході індивідуального існування особи. на ранніх етапахіндивідуального розвитку відбувається інтенсивне зростання (збільшення маси та розмірів), обумовлений репродукцією молекул, клітин та інших структур, і диференціювання, тобто. поява відмінностей у структурі та ускладнення функцій. На всіх етапах онтогенезу істотний регулюючий вплив мають на розвиток організму різні фактори зовнішнього середовища (температура, гравітація, тиск, склад їжі за вмістом хімічних елементів та вітамінів, різноманітні фізичні та хімічні агенти). Вивчення ролі цих чинників у процесі індивідуального розвитку тварин і людини має величезне практичне значення, що зростає з посиленням антропогенного на природу. У різних галузях біології, медицини, ветеринарії та інших наук широко проводяться дослідження щодо вивчення процесів нормального та патологічного розвитку організмів, з'ясування закономірностей онтогенезу.

Подразливість

Невід'ємною властивістю організмів та всіх живих систем є дратівливість – здатність сприймати зовнішні або внутрішні подразники (впливи) та адекватно на них реагувати. У організмів подразливість супроводжується комплексом змін, що виражаються в зрушеннях обміну речовин, електричного потенціалу на мембранах клітин, фізико-хімічних параметрів у цитоплазмі клітин, у рухових реакціях, а високоорганізованим тваринам притаманні зміни у їх поведінці.

4. Центральна догма молекулярної біології - Узагальнююче спостерігається в природі правило реалізації генетичної інформації: інформація передається від нуклеїнових кислотдо білку, але не у зворотному напрямку. Правило було сформульовано Френсісом Крикомв 1958 році і приведено у відповідність до даних, що нагромадилися на той час, 1970 року. Перехід генетичної інформації від ДНКдо РНКта від РНК до білкує універсальним всім без винятку клітинних організмів, є основою біосинтезу макромолекул. Реплікації геному відповідає інформаційний перехід ДНК → ДНК. У природі зустрічаються переходи РНК → РНК і РНК → ДНК (наприклад у деяких вірусів), а також зміна конформаціїбілків, що передається від молекули до молекули.

Універсальні засоби передачі біологічної інформації

У живих організмах зустрічаються три види гетерогенних, тобто які складаються з різних мономерів полімеру - ДНК, РНК та білок. Передача інформації з-поміж них може здійснюватися 3 x 3 = 9 способами. Центральна догма поділяє ці 9 типів передачі на три групи:

Загальний - які у більшості живих організмів;

Спеціальний - зустрічаються як виняток, у вірусіві у мобільних елементів геномуабо в умовах біологічного експерименту;

Невідомі – не виявлені.

Реплікація ДНК (ДНК → ДНК)

ДНК - основний спосіб передачі між поколіннями живих організмів, тому точне подвоєння (реплікація) ДНК дуже важлива. Реплікація здійснюється комплексом білків, що розплітають хроматинпотім подвійну спіраль. Після цього ДНК полімеразу та асоційовані з нею білки, будують на кожному з двох ланцюжків ідентичну копію.

Транскрипція (ДНК → РНК)

Транскрипція - біологічний процес, в результаті якого інформація, що міститься в ділянці ДНК, копіюється на молекулу, що синтезується. інформаційної РНК. Транскрипцію здійснюють фактори транскрипціїі РНК-полімераза. У еукаріотичній клітиніпервинний транскрипт (пре-іРНК) часто редагується. Цей процес називається сплайсингом.

Трансляція (РНК → білок)

Зріла іРНК зчитується рибосомамиу процесі трансляції. У прокаріотичнихклітинах процес транскрипції та трансляції не розділений просторово, і ці процеси пов'язані. У еукаріотичнихклітинах місце транскрипції клітинне ядровідокремлено від місця трансляції ( цитоплазми) ядерною мембраноютому іРНК транспортується з ядрау цитоплазму. іРНК зчитується рибосомою у вигляді трьох нуклеотидних"слів". Комплекси факторів ініціаціїі факторів елонгаціїдоставляють аміноацильовані транспортні РНКдо комплексу іРНК-рибосому.

5. Зворотня транскрипція- це процес утворення дволанцюжкової ДНКна матриці одноланцюгової РНК. Цей процес називається зворотнійтранскрипцією, оскільки передача генетичної інформації у своїй відбувається у «зворотному», щодо транскрипції, напрямі.

Ідея зворотної транскрипції спочатку була дуже непопулярна, оскільки суперечила центральної догми молекулярної біології, яка передбачала, що ДНК транскрибуєтьсяв РНК і далі транслюєтьсяу білки. Зустрічається у ретровірусівнаприклад, ВІЛі у випадку ретротранспозонів.

Трансдукція(від лат. transductio- переміщення) - процес перенесення бактеріальної ДНКз однієї клітини до іншої бактеріофагом. Загальна трансдукція використовується в генетиці бактерій для картування геномута конструювання штамів. До трансдукції здатні як помірні фаги, так і вірулентні, останні проте знищують популяцію бактерій, тому трансдукція з їх допомогою не має великого значенняні у природі, ні під час проведення досліджень.

Векторна молекула ДНК – це молекула ДНК, яка виступає у ролі носія. Молекулу-носій повинен відрізняти ряд особливостей:

Здатність до автономної реплікації в клітині господаря (частіше бактеріальної або дріжджової)

Наявність селективного маркера

Наявність зручних сайтів рестрикції

У ролі векторів найчастіше виступають бактеріальні плазміди.

Біосфера та людина, структура біосфери.

Біосфера - оболонка Землі, заселена живими організмами, що знаходиться під їх впливом і зайнята продуктами їхньої життєдіяльності; "плівка життя"; Світова екосистема Землі.

Межі біосфери:

· Верхня межа в атмосфері: 15-20 км. Вона визначається озоновим шаром, що затримує короткохвильове ультрафіолетове випромінювання, згубне для живих організмів

· Нижня межа у літосфері: 3,5-7,5 км. Вона визначається температурою переходу води в пару і температурою денатурації білків, проте переважно поширення живих організмів обмежується вглиб кількома метрами.

· Кордон між атмосферою та літосферою в гідросфері: 10-11 км. Визначається дном Світового океану, включаючи донні відкладення.

Людина теж є частиною біосфери, її діяльність перевершує багато природних процесів. Цей постійний взаємозв'язок отримав назву закону бумеранга, або закону зворотнього зв'язкувзаємодії людина – біосфера.

Щоб скоригувати поведінку людини щодо природи, Б. Коммонером було сформульовано чотири закони, які, з погляду Реймерса

1 – все пов'язано з усім

2 – все має кудись подітися

3 – природа знає краще

4 – ніщо не дається задарма

Структура біосфери:

· Жива речовина - вся сукупність тіл живих організмів, що населяють Землю, фізико-хімічно єдина, незалежно від їхньої систематичної приналежності. Маса живої речовини порівняно мала і оцінюється величиною 2,4 ... 3,6 · 1012 т (у сухій вазі) і становить менше однієї мільйонної частини всієї біосфери (бл. 3 · 1018 т), яка, у свою чергу, є меншою за одну тисячної маси Землі. Але це одна з наймогутніших геохімічних сил нашої планети, оскільки живі організми не просто населяють земну кору, А перетворять вигляд Землі. Живі організми населяють земну поверхнюдуже нерівномірно. Їхнє поширення залежить від географічної широти.

· Біогенна речовина - речовина, що створюється та переробляється живим організмом. Протягом органічної еволюції живі організми тисячі разів пропустили через свої органи, тканини, клітини, кров більшу частину атмосфери, весь обсяг світового океану, величезну масу мінеральних речовин. Цю геологічну роль живої речовини можна уявити за родовищами вугілля, нафти, карбонатних порід тощо.

· Косова речовина – продукти, що утворюються без участі живих організмів.

· Біокосна речовина - речовина, яка створюється одночасно живими організмами та відсталими процесами, представляючи динамічно рівноважні системи тих та інших. Такі грунт, мул, кора вивітрювання тощо. буд. Організми у яких грають провідну роль.

· Речовина, що знаходиться в радіоактивному розпаді.

· Розсіяні атоми, що безперервно створюються з різного роду земної речовини під впливом космічних випромінювань.

· Речовина космічного походження.

рівні організації життя.

Рівні організації життя - ієрархічно підпорядковані рівні організації біосистем, що відображають рівні їх ускладнення. Найчастіше виділяють сім основних структурних рівнів життя: молекулярний, клітинний, органно-тканинний, організмовий, популяційно-видовий, біогеоценотичний та біосферний. У типовому випадку кожен із цих рівнів є системою з підсистем нижчого рівня та підсистемою системи вищого рівня.

1) Молекулярний рівеньорганізації життя

Представлений різноманітними молекулами, що знаходяться в живій клітині (Об'єднання молекул в особливі комплекси, кодування та передача генетичної інформації)

2) Тканинний рівень організації життя

Тканинний рівень представлений тканинами, що поєднують клітини певної будови, розмірів, розташування та подібних функцій. Тканини виникли в ході історичного розвитку разом із багатоклітинністю. У тварин розрізняють кілька типів тканин (епітеліальна, сполучна, м'язова, нервова). У рослин розрізняють меристематичну, захисну, основну та провідну тканини. На цьому рівні відбувається спеціалізація клітин.

3) Органний рівень організації життя

Органний рівень представлений органами організмів. У найпростіших травлення, дихання, циркуляція речовин, виділення, пересування та розмноження здійснюються за рахунок різних органел. Більш досконалих організмів є системи органів. У рослин та тварин органи формуються за рахунок різної кількості тканин.

4) Організмальний (онтогенетичний) рівень організації життя

Представлений одноклітинними та багатоклітинними організмами рослин, тварин, грибів та бактерій. Клітина – основний структурний компонент організму.

5) Популяційно-видовий рівень організації життя

Представлений у природі величезним розмаїттям видів та його популяцій.

6) Біогеоценотичний рівень організації життя

Представлений різноманітністю природних та культурних біогеоценозів у всіх середовищах життя.

7) Біосферний рівень організації життя

Представлений найвищою, глобальною формою організації біосистем – біосферою.

3. Поширеність та роль живої речовини на планеті.

Живі організми, що регулюють кругообіг речовин, служать потужним геологічним фактором, що утворює поверхню Землі.

РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИВОГО

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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