Довідник з біології

ЗАГАЛЬНА БІОЛОГІЯ

РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИВОЇ МАТЕРІЇ

Загальна біологія вивчає основні закономірності життєвих явищ, які протікають на різних рівнях організації живого. Розгляд організації живої матерії починається із з'ясування будови і властивостей складних органічних молекул. Клітини багатоклітинних організмів входять до складу тканин, дві або декілька тканин утворюють орган. Багатоклітинний організм складної будови, що має в своєму складі тканини і органи, в той же час є елементарною одиницею біологічного виду. Взаємодіючі між собою види складають співтовариство, або екологічну систему, яка, у свою чергу, є одним з компонентів біосфери.

Відповідно до цього виділяють декілька рівнів організації живої матерії.

1.  Молекулярний. Будь-яка жива система, як би складно вона не була організована, виявляється на рівні функціонування біологічних макромолекул — біополімерів: нуклеїнових кислот, білків, полісахаридів, а також інших важливих органічних речовин. З цього рівня починаються найважливіші процеси життєдіяльності організму: обмін речовин і перетворення енергії, передача спадкової інформації тощо.

2.  Клітинний. Клітина є структурною і функціональною одиницею, а також одиницею розвитку всіх живих організмів, що мешкають на Землі. Вільноживучих неклітинних форм життя не існує.

3.  Тканинний. Тканина є сукупністю схожих за будовою клітин, поєднаних виконанням загальної функції.

4.  Органний. Органи — це структурно-функціональні об'єднання декількох типів тканин. Наприклад, шкіра людини як різні речовини. Унаслідок цілого ряду складних хімічних перетворень речовини з навколишнього середовища уподібнюються речовинам живого організму, з них будується його тіло. Ці процеси називаються асиміляцією або пластичним обміном.

5. Організменний. Багатоклітинний організм є цілісною системою органів, спеціалізованих для виконання різних функцій.

6. Популяційно-видовий. Сукупність організмів одного і того ж виду, поєднана загальним житлом, створює популяцію як систему надорганізмового порядку. У цій системі здійснюються найпростіші, елементарні еволюційні перетворення.

7. Біогеоценотичний. Біогеоценоз — сукупність організмів різних видів і різної складності організації зі всіма чинниками середовища існування.

Наведемо декілька прикладів. Рослини з двооксиду вуглецю і води синтезують складні органічні сполуки — вуглеводи (крохмаль і целюлозу), які використовуються як запасні поживні речовини і будівельний матеріал. Білок курячого яйця в організмі людини зазнає низки складних перетворень, перш ніж перетвориться на білки, властиві організму, — гемоглобін, кератин або будь-який інший.

Інша сторона обміну речовин — процеси дисиміляції, в результаті яких складні органічні сполуки розпадаються на прості, при цьому втрачається їх схожість із речовинами організму і виділяється енергія, необхідна для реакцій біосинтезу. Тому дисиміляцію називають ще енергетичним обміном.

Обмін речовин забезпечує постійність хімічного складу і будови всіх частин організму і як наслідок — постійність їх функціонування в безперервно змінних умовах навколишнього середовища.

Самовідтворення (репродукція). При розмноженні живих організмів потомство звичайно схоже на батьків: кішки відтворюють котенят, собаки — щенят. З насіння кульбаби знову зростає кульбаба. Поділ одноклітинного організму — амеби — приводить до утворення двох амеб, повністю схожих з материнською клітиною. Таким чином, розмноження — ця властивість організмів відтворювати собі подібних.

Що лежить в основі процесу самовідтворення? Звернемо увагу на те, що цей процес здійснюється практично на всіх рівнях організації живої матерії. Завдяки репродукції не тільки цілі організми, але і клітини, органели клітин (мітохондрії, пластиди тощо) після поділу схожі зі своїми попередниками. З однієї молекули ДНК — дезоксирибонуклеїнової кислоти — при її подвоєнні утворюються дві дочірні молекули, повністю повторюючи початкову.

В основі самовідтворення лежать реакції матричного синтезу, тобто утворення нових молекул і структур на основі інформації, закладеної в послідовності нуклеїдів ДНК. Отже, самовідтворення — одна з основних властивостей живого, тісно пов'язана з явищем спадковості.

Спадковість. Полягає в здатності організмів передавати свої ознаки, властивості й особливості розвитку з покоління в покоління. Вона зумовлена стабільністю, тобто постійністю будови молекул ДНК.

Мінливість. Ця властивість ніби протилежна спадковості, але разом з тим тісно пов'язана з нею, оскільки при цьому змінюються спадкові задатки — гени, які визначають розвиток тих або інших ознак. Якби репродукція матриць — молекул ДНК — завжди відбувалася з абсолютною точністю, то при розмноженні організмів здійснювалася б спадкоємність тільки існуючих раніше ознак, і пристосування видів до змінних умов середовища виявилося б неможливим. Отже, мінливість — це здатність організмів набувати нові ознаки і властивості, в основі якої лежать зміни біологічних матриць.

Мінливість створює різноманітний матеріал для природного добору, тобто добору найпристосованіших особин до конкретних умов існування в природних умовах, що, у свою чергу, приводить до появи нових форм життя, нових видів організмів.

Зростання і розвиток. Здібність до розвитку — загальна властивість матерії. Під розвитком розуміють необоротну направлену закономірну зміну об'єктів живої і неживої природи. У результаті розвитку виникає новий якісний стан об'єкту, унаслідок якого змінюється його склад або структура. Розвиток живої форми існування матерії представлений індивідуальним розвитком, або онтогенезом, і історичним розвитком, або філогенезом.

Протягом онтогенезу поступово і послідовно виявляються індивідуальні властивості організмів. Розвиток супроводиться зростанням. Незалежно від способу розмноження усі дочірні особини, що утворюються з однієї зиготи або спори, бруньки або клітини, одержують спадково тільки генетичну інформацію, тобто можливість проявляти ті або інші ознаки.

У процесі розвитку виникає специфічна структурна організація індивіда, а збільшення його маси обумовлено репродукцією макромолекул, елементарних структур клітин і самих клітин. Філогенез, або еволюція, — це необоротний і направлений розвиток живої природи, що супроводиться утворенням нових видів і прогресивним ускладненням життя. Результатом еволюції є все різноманіття живих організмів на Землі.

Подразнення. Будь-який організм нерозривно пов'язано з навколишнім середовищем: витягує з неї поживні речовини, піддається дії несприятливих чинників середовища, вступає у взаємодію з іншими організмами тощо. У процесі еволюції у живих організмів виробилися і закріпилися властивості вибірково реагувати на зовнішні дії. Ця властивість носить назву подразнення. Будь-яка зміна умов навколишнього середовища є по відношенню до організму подразненням, а його реакція на зовнішні подразники служить показником його чутливості та виявом подразнення.

Реакція багатоклітинних тварин на подразнення здійснюється за допомогою нервової системи і називається рефлексом.

Організми, що не мають нервової системи, наприклад найпростіші або рослини, позбавлені рефлексів. Їх реакції, що виражаються в зміні характеру руху або зростання, прийнято називати таксисами або тропізмами, додаючи при їх позначенні назву подразника. Наприклад, фототаксис — рух у напрямі до світла; хемотаксис — переміщення організму по відношенню до концентрації хімічних речовин. Кожний рід таксиса може бути позитивним або негативним залежно від того, діє подразник на організм притягаючим або відштовхуючим чином.

Під тропізмами розуміють певний характер зростання, яке властиве рослинам. Так, геліотропізм (від грец. helios — Сонце) означає зростання надземних частин рослин (стебла, листя) у напрямку до Сонця, а геотропізм (від грец. geos — Земля) — зростання підземних частин (коріння) у напрямі до центру Землі.

8.  Дискретність (від лат. discretus — переривистий, розділений). Дискретність — загальна властивість матерії. Так, з курсу фізики і загальної хімії відомо, що кожний атом складається з елементарних частинок, що атоми утворюють молекулу. Прості молекули входять до складу складних сполук або кристалів тощо. Життя на Землі також виявляється у вигляді дискретних форм. Це означає, що окремий організм або інша біологічна система (вид, біоценоз тощо) складається з окремих ізольованих, тобто відособлених або відмежованих у просторі, але проте тісно пов'язаних і взаємодіючих між собою частин, створюючи структурно-функціональну єдність. Наприклад, будь-який вид організмів включає окремі особини. Тіло високоорганізованої особини утворює просторово відмежовані органи, які, у свою чергу, складаються з окремих клітин. Енергетичний апарат клітини представлений окремими мітохондріями, апарат синтезу білка — рибосомами і т. д. аж до макромолекул, кожна з яких може виконувати свою функцію, лише будучи просторово ізольованою від інших. Дискретність будови організму — основа його структурної впорядкованості, вона створює можливість постійного самооновлення його шляхом заміни структурних елементів (молекул, ферментів, органоїдів клітини, цілих клітин), що «зносилися», без припинення виконуваної функції. Дискретність виду зумовлює можливість його еволюції шляхом загибелі або усунення від розмноження непридатних особин і збереження індивідів із корисними для виживання ознаками.

9.  Саморегуляція (авторегуляція). Це здатність живих організмів, що мешкають у безперервно змінних умовах навколишнього середовища, підтримувати постійність свого хімічного складу й інтенсивність перебігу фізіологічних процесів. При цьому недолік надходження яких-небудь поживних речовин мобілізує внутрішні ресурси організму, а надлишок викликає запасання цих речовин. Подібні реакції здійснюються різними шляхами завдяки діяльності регуляторних систем — нервової і ендокринної. Сигналом для включення тієї або іншої регулюючої системи може бути зміна концентрації якої-небудь речовини або стану якої-небудь системи.

Наприклад, пониження концентрації АТФ — універсального акумулятора (накопичувача) енергії в клітині — служить сигналом, запускаючи процес її синтезу. Навпаки, заповнення запасів АТФ припиняє інтенсивний синтез цієї речовини. Підвищення концентрації глюкози в крові приводить до посилення вироблення гормону підшлункової залози — інсуліну, який зменшує вміст цукру в крові. Зниження рівня глюкози в крові уповільнює виділення гормону в кров'яне русло. Зменшення числа клітин у тканині (наприклад, в результаті травми) викликає посилене розмноження клітин, що залишилися; відновлення нормальної кількості клітин дає сигнал про припинення інтенсивного клітинного розподілу.

10. Ритмічність. Ця властивість властива як живій, так і неживій природі. Зумовлена вона різними космічними і планетарними причинами: обертанням Землі навкруги Сонця, зміною пір року, фазами Місяця тощо. Для неживої природи характерні, наприклад, зміни освітленості та температури протягом року і діб, приливи і відливи в морях і океанах, переміщення повітряних мас — вітри тощо. Живі організми також підкоряються зовнішнім датчикам часу, проте реакція їх значно складніше за зміну навколишнього середовища.

Всюди в живій і неживій природі поширені коливальні процеси. Океанські приливи і відливи, зміна дня і ночі, фаз Місяця, чергування пір року, періодичне збільшення сонячної активності, циклічність геологічних процесів, у тому числі періодична зміна суш морем і моря сушею, — все це різні форми коливальних процесів. Періодичні зміни в навколишньому середовищі мають глибокий вплив на живу природу і на власні ритми живих організмів.

Ритм — це повторення одного і того ж стану через різні проміжки часу. В біології під ритмічністю розуміють періодичні зміни інтенсивності фізіологічних функцій із різними періодами коливань (від декількох секунд до року і сторіччя). Добре відомі добові ритми сну і бадьорості у людини; сезонні ритми активності і сплячки у деяких ссавців (ховрахи, їжаки, ведмеді) і багато інших.

Ритмічність направлена на узгодження функцій організму з навколишнім середовищем, тобто на пристосування до постійно змінних умов існування.

11. Енергозалежність. Живі тіла є «відкритими» для надходження енергії системи. Це поняття запозичено з фізики. Під «відкритими» розуміють динамічні, тобто системи, що не знаходяться в стані спокою, стійкі лише за умови безперервного доступу до них енергії і матерії ззовні. Отже, живі організми існують до тих пір, поки в них надходить енергія і матерія у вигляді їжі з навколишнього середовища. Слід зазначити, що живі організми на відміну від об'єктів неживої природи відмежовані від навколишнього середовища оболонками (зовнішня клітинна мембрана у одноклітинних, покривна тканина у багатоклітинних). Ці оболонки утрудняють обмін речовин між організмом і зовнішнім середовищем, зводять до мінімуму втрати речовин і підтримують просторову єдність системи.

Таким чином, живі організми різко відрізняються від об'єктів фізики і хімії — неживих систем — своєю винятковою складністю і високою структурною і функціональною впорядкованістю. Ці відмінності додають життю якісно нові властивості. Живе є особливим ступенем розвитку матерії.

Тепер, після ознайомлення з основними властивостями живих організмів, можна сформулювати визначення поняття «життя». Матеріалістичне визначення життя дав Ф. Енгельс: «Життя є спосіб існування білкових тіл, і цей спосіб існування полягає за своєю сутністю в постійному самооновленні хімічних складових частин цих тіл». Це визначення дано Енгельсом більше 100 років тому. До нього увійшли два важливі положення: 1) життя тісно пов'язане з білковими тілами і 2) неодмінна умова життя — постійний обмін речовин, з припиненням якого припиняється і життя.

Досягнення біології нашого часу дозволили розкрити нові риси, характерні для живих організмів, і на цій підставі дати більш докладне визначення поняття «життя». Одне з таких визначень належить М. В. Волькенштейну: «Живі тіла, існуючі на Землі, є відкритими саморегульованими і самовідтворюваними системами, побудованими з біополімерів — білків і нуклеїнових кислот».






Personalised Essay Writing Service for You

Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити