1. Noteikts vienots ķīmiskais sastāvs. Dzīvie organismi sastāv no tādām pašām vielām kā nedzīvi objekti,
bet šo elementu attiecība ir atšķirīga.
Dzīvo būtņu pamatelementi ir C (ogleklis), O (skābeklis), N (slāpeklis) un H (ūdeņradis).
2. Metabolisms un enerģijas atkarība. Dzīvie organismi ir atvērtas sistēmas
tie ir atkarīgi no vielu un enerģijas uzņemšanas no vides.
3. Pašreproducēšana. Dzīvie organismi spēj vairoties – vairoties paši sev.
4. Iedzimtība. Spēja pārnest pazīmes un īpašības (iedzimto informāciju) no paaudzes paaudzē, izmantojot DNS un RNS molekulas.
5. Mainīgums. Spēja iegūt jaunas funkcijas un īpašības.
6. Spēja augt un attīstīties.
a) ontoģenēze. Individuālā attīstība no dzimšanas līdz mūža beigām
(nāve vai jauna sadalīšanās), ko pavada izaugsme, ir raksturīga katram indivīdam.
b) filoģenēze. Evolūcijas attīstība slēpjas vēsturiskajā attīstībā
dzīvība uz Zemes no tās pirmsākumiem līdz mūsdienām.
7. Aizkaitināmība. Dzīvie organismi spēj reaģēt uz noteiktām ārējām ietekmēm (vides izmaiņām) ar specifiskām reakcijām.
8. Integritāte un diskrētums. Visa matērija ir neatņemama, noteiktā veidā organizēta un pakļauta kopējam likumam,
tomēr tā sastāv arī no atsevišķiem, kaut arī savienotiem elementiem.
Pašregulācija. Spēja uzturēt homeostāzi ir tās ķīmiskā sastāva noturība.
Pielāgošanās. Organismu spēja pielāgoties savai videi.
Ritms. Īpaša dzīves ritma izpausme (ikdienas, sezonas utt.)
Hierarhija. Atrodot visu dzīvo matēriju īpašā pakļautībā viens otram,
kurā mazāk sarežģīta līmeņa bioloģiskās sistēmas ļauj pastāvēt sarežģītākām sistēmām.
Visiem dzīviem organismiem, izņemot vīrusus, ir šūnu struktūra.
14. Zinātniskās pētniecības metodes
divi galvenie zinātnisko zināšanu līmeņi: empīriskais un teorētiskais
Empīriskais zināšanu līmenis ietver
parādību novērošana
Faktu uzkrāšana un atlase
Saikņu izveidošana starp tām.
Empīriskais līmenis ir datu (faktu) vākšanas posms par sociālajiem un dabas objektiem
Teorētiskais zināšanu līmenis ir saistīts ar garīgās darbības pārsvaru, ar empīriskā materiāla izpratni, tā apstrādi. Ieslēgts teorētiskais līmenis atklāts
Sistēmu un parādību iekšējā struktūra un attīstības modeļi
To mijiedarbība un nosacītība.
Zinātniskās atziņas vispārīgās metodes parasti iedala divās lielās grupās:
empīriskās izpētes metodes (novērošana, salīdzināšana, mērīšana, eksperiments);
teorētiskās izpētes metodes (abstrakcija, analīze un sintēze, idealizācija, indukcija un dedukcija, mentālā modelēšana, pacelšanās no abstraktā uz konkrēto uc).
Empīriskā pētījuma metodes
novērošana,
salīdzinājums,
mērīšana,
eksperiments
materiālu modelēšana
Novērošana
Pētījumu teorētiskajā līmenī izmantotās metodes
Šādas metodes tiek ņemtas vērā
abstrakcija,
aksiomātisks,
analīze un sintēze,
idealizācija,
indukcija un dedukcija
garīgā modelēšana,
paceļoties no abstraktā uz konkrēto
12. Dzīvās vielas pamatīpašības
Bioloģija kā zinātne un tās vieta mūsdienu dabaszinātnēs
Bioloģijas mērķis ir zināšanas par dzīvi – parādību, kas pasaules skatījumā ieņem īpašu vietu. Bioloģija mūsdienās ir zinātnisku disciplīnu komplekss, kas pēta dzīvos organismus, to uzbūvi, funkcionēšanu, izplatību, izcelsmi un attīstību, kā arī organismu dabiskās kopienas, to attiecības savā starpā, ar nedzīvo dabu un cilvēku. Kopā ar astronomiju, fiziku, ķīmiju, ģeoloģiju un citām zinātnēm, kas pēta dabu, bioloģija ir viena no dabaszinātnēm.
Nedzīvās dabas pastāvēšanu un attīstību nosaka sarežģīti fizikāli ķīmiski procesi, kas ir būtiski arī dzīvajai dabai. Taču līdz ar dzīvo organismu parādīšanos (kas pēc savām īpašībām fundamentāli atšķiras no dzīvās dabas ķermeņiem), sāk notikt bioloģiskie procesi, kuriem ir specifisks raksturs un uz kuriem attiecas jauni likumi - bioloģiskie. Tādējādi fizikālie un ķīmiskie procesi dzīvajā dabā ir fundamentāli, primāri, un bioloģiskie procesi, kas rodas uz to pamata, ir atvasinājumi, sekundāri. Cilvēks ir īpaši sarežģīta parādība – tajā apvienota bioloģiskā un sociālā būtība. Cilvēks, atšķirībā no visiem citiem dzīviem organismiem, piemīt saprātam, valodai, radošai darbībai, dziļai sabiedriskumam, ir pakļauts gan fizikāli ķīmisko, gan bioloģisko un sociālo likumu darbībai.
Tādu bioloģijas zinātņu kā bioķīmija, biofizika, ģenētika, molekulārā bioloģija, ekoloģija straujā attīstība un grandiozie sasniegumi 20. gadsimtā noveda pie mūsu priekšstatu par materiālās pasaules vienotību, par sarežģītu attiecību esamību starp. nedzīvā, dzīvā daba un cilvēce. Tādējādi biosfēras doktrīnas attīstība, ekoloģija kopumā parādīja, ka dzīvie organismi (pēc "dzīvās vielas") ir spēcīgs ģeoloģisks faktors planētas mērogā; ka šobrīd cilvēce ir vēl spēcīgāks vides faktors, kas ietekmē gan Zemes nedzīvo, gan dzīvo dabu.
Nosakot bioloģijas vietu un lomu mūsdienu dabaszinātnēs, jāatzīmē tās nozīme tādu jaunu zinātnes virzienu attīstībā kā kibernētika, sinerģētika un vispārējā sistēmu teorija. Patiešām, galu galā dzīvās sistēmas nav nekas vairāk kā atvērtas izkliedējošas sistēmas, kuras pēta sinerģētika. Kibernētiskā pieeja dzīvo sistēmu izpētē tiek plaši un auglīgi izmantota bioloģijā, un, “pēc atgriezeniskās saites principa”, bioloģija veicina šī virziena attīstību zinātnē. Visbeidzot, pamati vispārējā teorija sistēmas izveidoja biologa L. Bertalanfi darbi, kurš aktīvi meklēja jaunus dzīves izpratnes veidus.
Viss iepriekš minētais izskaidro nepieciešamību veidot, ietvaros mūsdienu dabaszinātne, holistisks skatījums uz materiālo pasauli, kura neatņemama sastāvdaļa ir cilvēku sabiedrība kas mūsdienās lielā mērā nosaka šīs pasaules tālāko pastāvēšanu un attīstību.
Dzīves substrāts
Atšķirība starp dzīvu un nedzīvu dabu skaidri izpaužas jau to ķīmiskā sastāva līmenī. Ja Zemes garoza 90% sastāv no O, Si, Al un Na, tad dzīvos organismos ap 95% ir C, H, O, N. Turklāt šajā grupā (makroelementos) ietilpst vēl astoņi elementi - Na, Cl, S, P , Ca , K, Mg, Fe, kuru saturu aprēķina procenta daļās. Mazākos daudzumos tiek atrasti dzīvībai vienlīdz nepieciešami mikroelementi - Cu, Mn, Zn, Mo, Co, F, I, Se, B. Ir zināmi tikai 27 elementi, kas organismos veic noteiktas funkcijas. Tā nav nejaušība, ka dzīvo organismu pamatu veido ķīmiskie elementi (saukti organogēni) - ūdeņradis, ogleklis, skābeklis un slāpeklis, kas galvenokārt sastāv no organiskām vielām (olbaltumvielām, ogļhidrātiem, taukiem utt.). Pirmā vieta starp organogēniem neapšaubāmi pieder ogleklim. Šim ķīmiskajam elementam ir raksturīga spēja veidot spēcīgas (un līdz ar to energoietilpīgas) un labilas saites. Tas ir lielākā mērā nekā visi citi Zemes elementi, kas spēj veidot lielas molekulas, var apvienoties ar citiem oglekļa atomiem ķēdēs un gredzenos. Rezultāts ir sarežģītas milzīga izmēra molekulas, kurām raksturīga "bezgalīga" daudzveidība. Oglekļa atomi vienā un tajā pašā savienojumā spēj pildīt gan elektronu akceptora, gan elektronu donora lomu; var veidot gandrīz visu veidu ķīmijā zināmās saites. Lielais skābekļa un ūdeņraža saturs dzīvos organismos ir neapstrīdami saistīts ar attiecīgi oksidējošu un reducējošu īpašību klātbūtni. Slāpeklis ir iekļauts organisko vielu, kam ir ārkārtīgi liela nozīme dzīvības procesos – olbaltumvielas un nukleīnskābes. Sēram, fosforam un citiem elementiem, piemēram, ogleklim, ir raksturīga labilitāte, un to mijiedarbība rada ārkārtīgi lielu ķīmisko saišu bagātību.
Dzīvības pazīmes molekulārā līmenī ir ļoti dažādas organiskie savienojumi. Tie ir gan organismu strukturālie, gan funkcionālie komponenti, kuriem ir svarīga loma vielmaiņas un enerģijas procesos. Dzīvības pamats jeb, citiem vārdiem, dzīvības substrāts ir olbaltumvielas un nukleīnskābes - biopolimēri, kas atrodas ciešā mijiedarbībā un savstarpējā atkarībā. Olbaltumvielas ir ne tikai dzīvo būtņu celtniecības materiāls, bet arī spēlē būtiska loma visās dzīvības funkcijās (arī nukleīnskābju sintēzes procesā), darbojoties kā biokatalizatori (olbaltumvielas – fermenti). Savukārt nukleīnskābes iepriekš nosaka visu organismā sintezēto olbaltumvielu struktūru. Turklāt visiem dzīvajiem organismiem uz Zemes ir universāls ģenētiskais kods - katra no divdesmit aminoskābēm, kas veido visus ķermeņa proteīnus, atbilst noteiktai trīs nukleotīdu secībai polinukleotīdu ķēdē.
Tādējādi dzīvības substrāta raksturīga iezīme ir tā strukturālā organizācija. Dzīvā viela, kas veidota no tā paša ķīmiskie elementi, kas ir nedzīvs, to raksturo ārkārtēja sarežģītība ķīmiskie savienojumi noteiktas kārtības dēļ molekulārā līmenī. Sakārtotību telpā pavada sakārtotība laikā, kas nodrošina dzīvās sistēmās notiekošo procesu stingru secību.
Mūsdienu idejas par dzīves būtību
Klasiskā dzīvības definīcija bija F. Engelsa formulējums: “Dzīve ir proteīna ķermeņu pastāvēšanas veids, kura būtiskākais punkts ir nepārtraukta vielu apmaiņa ar to apkārtējo ārējo dabu, un līdz ar šīs vielmaiņas pārtraukšanu. arī dzīvība apstājas, kas noved pie olbaltumvielu sadalīšanās”, Un tālāk: "... vielmaiņa sastāv no vielu, kuru ķīmiskais sastāvs mainās, uzsūkšanās, kuras organisms asimilē un kuru atliekas izdalās kopā ar sadalīšanās produktiem paša organisma, kas rodas dzīves procesa laikā." Šo tēzi papildina ļoti nozīmīga paša F. Engelsa piezīme: “Arī neorganiskajos ķermeņos var notikt līdzīga vielmaiņa, kas notiek laika gaitā visur, jo ķīmiskās darbības notiek visur, pat ja ļoti lēni. Bet atšķirība ir tajā, ka neorganisko ķermeņu gadījumā vielmaiņa tos iznīcina, savukārt organisko ķermeņu gadījumā tas ir nepieciešams to pastāvēšanas nosacījums. Engelss bija krietni apsteidzis savu laiku, un var tikai brīnīties, kā viņam tā laika zinātnes stāvoklī izdevies saskatīt galveno un norādīt uz pašu fundamentālāko dzīvā būtības raksturošanā.
Izcils bioķīmiķis, akadēmiķis atzīmēja, ka “dzīvu būtņu spēja radīt kārtību no haotiskās molekulu termiskās kustības ir visdziļākā, fundamentālā atšķirība starp dzīvo un nedzīvo. Tieksme uz kārtību, radīt kārtību no haosa nav nekas cits kā opozīcija entropijai. Par to tēlaināk runājot izcils fiziķis XX gadsimts E. Šrēdingers: “Dzīvs organisms var izvairīties no maksimālās entropijas stāvokļa, kas ir nāve, tikai pastāvīgi izvelkot no savas vides negatīvo entropiju. Negatīvā entropija ir tas, ar ko organisms barojas. Vai, mazāk paradoksāli izsakoties, vielmaiņas procesā ir svarīgi, lai organisms spētu atbrīvoties no visas pozitīvās entropijas, kas tam jārada, kamēr tas ir dzīvs.
Apkopojot mūsdienu dabaszinātņu sasniegumus atvērto izkliedes sistēmu teorijas jomā, slavenais biofiziķis uz Zemes pastāvošos dzīvos ķermeņus definēja kā "atvērtas pašregulējošas un pašreproducējošas sistēmas, kas sastāv no biopolimēriem: olbaltumvielām un nukleīnskābēm".
Neskatoties uz apgalvojumu pārpilnību par dzīvības fenomenu, īsi un nepārprotami definēt dzīvi, šķiet, mūsdienās ir ļoti grūti. izaicinošs uzdevums. “Dzīve” neeksistē pati par sevi – tā ir tikai konkrēta īpašība noteiktas sistēmas sauc par "dzīvu" vai "bioloģisku". Dzīvību tās īpašajās izpausmēs uz Zemes pārstāv dažādi organismi. Pamatojoties uz mūsdienu bioloģijas sasniegumiem, ir iespējams izdalīt īpašību kopumu, kas ir kopīgs visām dzīvajām būtnēm un atšķirt tās no nedzīvas dabas ķermeņiem. Tādējādi mēs nonākam pie jēdziena "dzīvība", izprotot dzīvo organismu specifiskās īpašības.
Dzīves organizācijas līmeņi
Līdz šī gadsimta 60. gadiem radās priekšstats par dzīvo organizācijas līmeņiem kā konkrētu hierarhiskās kārtības izpausmi. Dzīvību uz Zemes pārstāv noteiktas struktūras organismi, kas pieder noteiktām sistemātiskām grupām (populācija, sugas), kā arī dažādas sarežģītības kopienas (biogeocenozes, biosfēra). Savukārt organismiem ir raksturīga molekulārā, šūnu, audu, orgānu struktūra. Katrs organisms, no vienas puses, sastāv no tam pakārtotām organizācijas līmeņu vienībām (orgāni, audi utt.), no otras puses, tas pats ir vienība supraorganismu bioloģisko sistēmu sastāvā (populācijas, sugas, biogeocenozes). , biosfēra kopumā).
Dzīvības pastāvēšanu visos līmeņos nosaka zemākā līmeņa struktūra. Piemēram, šūnu organizācijas līmeņa raksturu nosaka molekulārais un subcelulārais līmenis; organisms - šūnu, audu, orgānu; populācijai raksturīgs - organisma utt. Jāatzīmē diskrēto vienību lielā līdzība zemākajos līmeņos un arvien pieaugošā atšķirība augstākajos līmeņos.
Atbilstoši pieejai bioloģisko sistēmu izpētei izšķir šādus dzīvās vielas organizācijas līmeņus, pamatojoties uz Dažādi ceļi sastāvdaļu strukturālā un funkcionālā saistība:
Tabula 12.2
Definīcija un īss apraksts |
|
Molekulārā | 20 aminoskābes un 4 slāpekļa bāzes, kas veido nukleīnskābju molekulas |
Mobilais | Šūna ir patstāvīgi funkcionējoša elementāra bioloģiskā pamatvienība, kas raksturīga visiem organismiem. Biosintēze un realizācija iespējama tikai šūnu līmenī iedzimta informācija. Vienšūnu organismos šis līmenis sakrīt ar organismu |
Audu orgāns | Šūnu kolekcija ar tāda paša veida organizāciju veido audus. Kopīgi funkcionējošas šūnas, kas pieder pie dažādiem audiem, veido orgānus. Tikai 5 galvenie audi ir daļa no visu daudzšūnu dzīvnieku orgāniem un 6 galvenie audi veido augu orgānus |
Organisms vai ontoģenētisks | To raksturo neiedomājama formu dažādība. Pašlaik uz Zemes dzīvo vairāk nekā miljons dzīvnieku sugu un aptuveni pusmiljons augstāko augu sugu. Organisms kopumā (indivīds) ir elementāra dzīvības vienība. Ārpus indivīdiem dzīvība neeksistē. Šajā līmenī notiek ontoģenēzes procesi. |
Populācija- | Vienas sugas organismu (indivīdu) kopums, kas apdzīvo noteiktu teritoriju, brīvi krustojas savā starpā, veido populāciju. Iedzīvotāji ir evolūcijas procesa elementārā vienība; tas sāk specifikācijas procesu |
Biocenotisks | Biocenozes ir vēsturiski izveidotas stabilas populāciju kopienas dažādi veidi, kas saistīti savā starpā un ar apkārtējo nedzīvo dabu vielu, enerģijas un informācijas apmaiņas ceļā. Tās ir elementāras sistēmas, kurās notiek materiāla-enerģijas cikls organismu dzīvībai svarīgās aktivitātes dēļ |
biosfēras | Biosfēra - aktīvas dzīves apgabals, kas aptver atmosfēras apakšējo daļu, hidrosfēru un litosfēras augšējo daļu, kur dzīvie organismi (dzīvā viela) un to dzīvotne ir organiski saistīti un mijiedarbojas viens ar otru, veidojot neatņemamu dinamiska sistēma |
Dzīvās vielas pamatīpašības
Metabolisms (vielmaiņa)
Metabolisms (metabolisms) - dzīvās sistēmās notiekošo ķīmisko pārvērtību kopums, kas nodrošina to dzīvības aktivitāti, augšanu, vairošanos, attīstību, pašsaglabāšanos, pastāvīgu kontaktu ar vidi, spēju pielāgoties tai un tās izmaiņām. Vielmaiņas procesā notiek šūnu veidojošo molekulu šķelšanās un sintēze; šūnu struktūru un starpšūnu vielas veidošanās, iznīcināšana un atjaunošana. Metabolisma pamatā ir savstarpēji saistīti asimilācijas (anabolisms) un disimilācijas (katabolisms) procesi. Asimilācija - sarežģītu molekulu sintēzes procesi no vienkāršām molekulām ar enerģijas patēriņu, kas uzkrāta disimilācijas laikā (kā arī enerģijas uzkrāšanās sintezēto vielu nogulsnēšanās laikā rezervē). Disimilācija - sarežģītu organisko savienojumu sadalīšanās (anaerobā vai aerobā) procesi, kas notiek ar enerģijas izdalīšanos, kas nepieciešama organisma dzīvībai svarīgās aktivitātes īstenošanai.
Atšķirībā no nedzīvas dabas ķermeņiem, apmaiņa ar vidi dzīviem organismiem ir to pastāvēšanas nosacījums. Šajā gadījumā tiek atjaunotas iznīcinātās (“lietotās”) sastāvdaļas, tās tiek aizstātas ar jaunām, identiskām, t.i., notiek pašatjaunošanās. Šeit ir daži piemēri: visas cilvēka aknu un asins olbaltumvielas tiek atjaunotas ik pēc 20 dienām; visas audu olbaltumvielas - ik pēc 160 dienām; visas zarnu epitēlija šūnas tiek atjauninātas nedēļas laikā.
Vielmaiņas procesi, kas notiek organismā, tiek apvienoti vielmaiņas kaskādēs un ciklos. ķīmiskās reakcijas, kas ir stingri sakārtoti laikā un telpā. Cilvēka šūnu aprēķini ir orientējoši – to vielmaiņas aparāts ietver vairāk nekā 10 000 reakciju. Liela skaita reakciju koordinēta plūsma nelielā tilpumā tiek panākta, sakārtoti sadalot atsevišķas vielmaiņas saites šūnā (nodalīšanas princips). Vielmaiņas procesi tiek regulēti ar biokatalizatoru - īpašu proteīnu-enzīmu palīdzību. Katram fermentam ir substrāta specifika, lai katalizētu tikai viena substrāta pārveidi. Šīs specifikas pamatā ir savdabīga enzīma substrāta “atpazīšana”. Fermentatīvā katalīze no nebioloģiskās atšķiras ar ārkārtīgi augstu efektivitāti, kā rezultātā atbilstošās reakcijas ātrums palielinās 1 reizi. Katra enzīma molekula spēj veikt no vairākiem tūkstošiem līdz vairākiem miljoniem operāciju minūtē, nesabojājoties, piedaloties reakcijās. Tā, piemēram, viena katalāzes enzīma molekula vienas minūtes laikā sašķeļ 5 miljonus substrāta (H2O2) molekulu. Salīdzinājumam, H2O2 var sadalīties Fe atomu klātbūtnē, taču lēnām – būtu nepieciešami 300 gadi, lai viens dzelzs atoms sadalītu tik daudz H2O2 molekulu, cik viena katalāzes molekula sadalās vienā sekundē. Vēl viena raksturīga atšķirība starp fermentiem un nebioloģiskajiem katalizatoriem ir tā, ka fermenti spēj paātrināt reakcijas, kad normāli apstākļi(atmosfēras spiediens, ķermeņa ķermeņa temperatūra utt.).
Visus dzīvos organismus var iedalīt divās grupās - autotrofos un heterotrofos, kas atšķiras pēc enerģijas avotiem un to dzīvībai nepieciešamajām vielām.
Autotrofi - organismi, kas sintezē organiskos savienojumus no neorganiskām vielām, izmantojot saules gaismas enerģiju (fotosintētika - zaļie augi, aļģes, dažas baktērijas) vai enerģiju, kas iegūta neorganiskā substrāta oksidēšanas procesā (ķīmosintētika - sērs, dzelzs baktērijas un dažas citas), autotrofiski organismi spēj sintezēt visas šūnas sastāvdaļas. Fotosintētisko autotrofu loma dabā ir izšķiroša - būdami primārie organisko vielu ražotāji biosfērā, tie nodrošina visu pārējo organismu eksistenci un bioģeoķīmisko ciklu norisi vielu apritē uz Zemes (skat. 14. nodaļu).
Heterotrofi (visi dzīvnieki, sēnītes, lielākā daļa baktēriju, daži augi, kas nesatur hlorofilu) ir organismi, kuru pastāvēšanai ir nepieciešamas gatavas organiskās vielas, kas, darbojoties kā pārtika, kalpo gan kā enerģijas avots, gan kā nepieciešams. celtniecības materiāls». raksturīga iezīme heterotrofi ir amfibolisma klātbūtne tajos, t.i., mazu veidošanās process organiskās molekulas(monomēri), kas veidojas pārtikas gremošanas procesā (sarežģītu substrātu noārdīšanās process). Šādas molekulas - monomēri tiek izmantoti, lai saliktu savus sarežģītos organiskos savienojumus. Piemēram, kad pārtikas olbaltumvielas zarnās sadalās aminoskābēs, pēdējās pēc tam nonāk ķermeņa šūnās un tur “saliek” (sintezē) šim organismam raksturīgās olbaltumvielas.
Pašreproducēšana (reproducēšana)
Dzīvība pastāv diskrētu bioloģisku sistēmu veidā (šūnas, organismi utt.), un katras atsevišķas bioloģiskās sistēmas pastāvēšana ir ierobežota laikā. Tāpēc dzīvības uzturēšana jebkurā organizācijas līmenī ir saistīta ar vairošanos.
Spēja vairoties (reproducēt savu veidu, pašvairošanās) attiecas uz vienu no dzīvo organismu pamatīpašībām. Vairošanās ir nepieciešama, lai nodrošinātu sugu pastāvēšanas nepārtrauktību, jo atsevišķa organisma dzīves ilgums ir ierobežots. Reprodukcija vairāk nekā kompensē īpatņu dabiskās izmiršanas radītos zaudējumus un tādējādi saglabā sugas saglabāšanos vairākās īpatņu paaudzēs. Dzīvo organismu evolūcijas procesā notika vairošanās metožu evolūcija. Tāpēc daudzajās un daudzveidīgajās dzīvo organismu sugās, kas pašlaik pastāv, mēs atrodam dažādas vairošanās formas. Daudzi organismu veidi apvieno vairākas reprodukcijas metodes. Nepieciešams nošķirt divus principiāli atšķirīgus organismu vairošanās veidus - aseksuālo (primārais un senāks vairošanās veids) un seksuālo.
Aseksuālās vairošanās procesā no vienas mātes organisma šūnu vai šūnu grupas (daudzšūnu) veidojas jauns indivīds. Visos aseksuālās reprodukcijas veidos pēcnācējiem ir genotips (gēnu kopums), kas ir identisks mātes genotipam. Līdz ar to visi viena mātes organisma pēcnācēji izrādās ģenētiski viendabīgi un meitas indivīdiem ir vienāds pazīmju kopums.
Seksuālās reprodukcijas laikā jauns indivīds attīstās no zigotas, kas veidojas, saplūstot divām specializētām dzimumšūnām (apaugļošanas process), ko ražo divi vecāku organismi. Kodols zigotā satur hibrīdu hromosomu komplektu, kas veidojas sapludinātu gametu kodolu hromosomu kopu savienības rezultātā. Tādējādi zigotas kodolā tiek radīta jauna iedzimtu tieksmju (gēnu) kombinācija, ko vienādi ienes abi vecāki. Un meitas organismam, kas attīstās no zigotas, būs jauna pazīmju kombinācija. Citiem vārdiem sakot, seksuālās reprodukcijas laikā kombinētās formas ieviešana iedzimta mainīgums organismus, kas nodrošina sugu pielāgošanos mainīgajiem vides apstākļiem un ir būtisks evolūcijas faktors. Tā ir būtiska seksuālās vairošanās priekšrocība salīdzinājumā ar aseksuālo reprodukciju.
Dzīvo organismu spēja vairoties ir balstīta uz unikālo nukleīnskābju īpašību vairoties un parādību matricas sintēze, kas ir nukleīnskābju molekulu un olbaltumvielu veidošanās pamatā. Pašreproducēšana molekulārā līmenī nosaka gan vielmaiņas realizāciju šūnās, gan pašu šūnu pašreprodukciju. Šūnu dalīšanās (šūnu pašreprodukcija) ir daudzšūnu organismu individuālās attīstības un visu organismu vairošanās pamatā. Organismu vairošanās nodrošina visu Zemi mītošo sugu pašizvairošanos, kas savukārt nosaka biogeocenožu un biosfēras pastāvēšanu.
Iedzimtība un mainīgums
Iedzimtība nodrošina materiālo nepārtrauktību (plūsmu ģenētiskā informācija) starp organismu paaudzēm. Tas ir cieši saistīts ar reprodukciju molekulārā, subcelulārā un šūnu līmenī. Ģenētiskā informācija, kas nosaka iedzimto īpašību daudzveidību, tiek šifrēta DNS molekulārajā struktūrā (dažiem vīrusiem RNS). DNS polinukleotīdu ķēdes tiek iedalītas īpašās funkcionālās vienībās (gēnos), kas ir ģenētiskās (iedzimtās) informācijas vienības. Gēni kodē informāciju par sintezēto proteīnu struktūru, fermentatīvo un strukturālo. Ģenētiskais kods ir informācijas "reģistrēšanas" sistēma par aminoskābju secību sintezētajos proteīnos, izmantojot nukleotīdu secību DNS molekulā.
Tiek saukts visu organismā esošo gēnu kopums genotips, un funkciju kopums - fenotips. Fenotips ir atkarīgs gan no genotipa, gan no iekšējās un ārējās vides faktoriem, kas ietekmē gēnu darbību un nosaka regulārus procesus. Iedzimtās informācijas glabāšana un pārraide tiek veikta visos organismos ar nukleīnskābju palīdzību, ģenētiskais kods visām dzīvajām būtnēm uz Zemes ir vienāds, tas ir, universāls. Iedzimtības dēļ no paaudzes paaudzē tiek nodotas pazīmes, kas nodrošina organismu pielāgošanos videi.
Ja organismu vairošanās laikā izpaustos tikai esošo pazīmju un īpašību nepārtrauktība, tad uz mainīgu vides apstākļu fona organismu eksistence būtu neiespējama, jo organismu dzīves nepieciešams nosacījums ir to pielāgošanās vides apstākļiem. Ar "cieto" iedzimtību arī evolūcijas procesu nevarēja veikt. Bet dzīvajiem organismiem raksturīga mainīgums, ar ko saprot dzīvo īpašību iegūt jaunas pazīmes un zaudēt vecās. Vienai sugai piederošo organismu daudzveidībā ir atšķirības. Mainīgums var tikt realizēts atsevišķos organismos to individuālās attīstības gaitā vai organismu grupā paaudžu virknē reprodukcijas laikā.
Pastāv divas galvenās mainīguma formas, kas atšķiras pēc rašanās mehānismiem, īpašību izmaiņu rakstura un, visbeidzot, to nozīmes dzīvo organismu pastāvēšanai - genotipiskā (iedzimta) un modifikācija (neiedzimta).
Genotipa mainīgums ir saistīts ar genotipa izmaiņām un noved pie fenotipa izmaiņām. Genotipa mainīguma pamatā var būt mutācijas (mutācijas mainīgums) vai jaunas gēnu kombinācijas, kas rodas apaugļošanās procesā seksuālās reprodukcijas laikā. Mutācijas formā izmaiņas galvenokārt ir saistītas ar kļūdām nukleīnskābju replikācijā. Tādējādi jaunu gēnu rašanās, kas nes jaunu ģenētisko informāciju; parādās jaunas zīmes. Un, ja jaunizveidotās pazīmes ir noderīgas organismam konkrētos apstākļos, tad tās “noķer” un “nofiksē” dabiskā atlase. Tādējādi organismu pielāgošanās vides apstākļiem, organismu daudzveidība balstās uz iedzimtu (genotipisku) mainību, un tiek radīti priekšnoteikumi pozitīvai evolūcijai.
Ar nepārmantotu (modifikācijas) mainīgumu fenotipa izmaiņas notiek vides faktoru ietekmē un nav saistītas ar genotipa izmaiņām. Modifikācijas (izmaiņas pazīmēs ar modifikācijas mainīgumu) notiek reakcijas normālā diapazonā, ko kontrolē genotips. Modifikācijas netiek nodotas nākamajām paaudzēm, t.i. indivīda dzīves laikā iegūtās īpašības netiek mantotas. Modifikācijas mainīguma vērtība ir tajā, ka tā nodrošina organisma pielāgošanos vides faktoriem dzīves laikā.
Organismu individuālā attīstība
Visiem dzīvajiem organismiem raksturīgs individuālās attīstības process – ontoģenēze. Tradicionāli ar ontoģenēzi saprot daudzšūnu organisma (veidojas dzimumvairošanās rezultātā) individuālās attīstības procesu no zigotas veidošanās brīža līdz indivīda dabiskajai nāvei. Zigotas un nākamo paaudžu šūnu dalīšanās dēļ veidojas daudzšūnu organisms, kas sastāv no milzīga skaita dažāda veida šūnu, dažādu audu un orgānu. Organisma attīstība balstās uz "ģenētisko programmu" (iegulta zigotas hromosomu gēnos) un tiek veikta īpašos vides apstākļos, kas būtiski ietekmē ģenētiskās informācijas ieviešanas procesu indivīda individuālās pastāvēšanas laikā. Individuālās attīstības sākumposmā notiek intensīva augšana (masas un izmēra pieaugums), kas saistīts ar molekulu, šūnu un citu struktūru reprodukciju un diferenciāciju, t.i., struktūras atšķirību parādīšanos un funkciju sarežģītību.
Acīmredzot jēdziens "ontoģenēze" ir piemērojams vienšūnu organismiem. Ir arī likumīgi runāt par vienšūnu un daudzšūnu organismu individuālo attīstību, kas rodas aseksuālās vairošanās rezultātā. Patiešām, daloties, piemēram, ciliātiem, veidojas meitas šūnas, kas būtiski atšķiras no mātes šūnas. Tie ir mazāki, tiem nav vairāku organellu, kas veidojas tikai laika gaitā, meitas indivīdu individuālās eksistences procesā. Sasniedzot “nobriedušu” stāvokli, meitas organismi (savukārt, daloties) radīs jaunu ciliātu paaudzi. Un, lai gan ar šādu paaudžu maiņu indivīdu dabiska nāve nenotiek, mēs varam runāt par to ontoģenēzi (no šo vienšūnu organismu dalīšanās līdz dalīšanai). Vēl viens piemērs ir daudzšūnu organismu aseksuāla vairošanās. Piemēram, pumpuru veidošanās hidrā. Šeit ontoģenēzes process norisinās no brīža, kad nieres parādās uz mātes organisma (un meitas indivīda atdalīšanās noteiktā tā attīstības stadijā) līdz meitas indivīda dabiskajai nāvei.
Visos ontoģenēzes posmos dažādiem vides faktoriem (temperatūra, gravitācija, spiediens, pārtikas sastāvs ķīmisko elementu un vitamīnu satura ziņā, dažādi fizikāli ķīmiskie aģenti) ir būtiska regulējoša ietekme uz organisma attīstību. Liela praktiska nozīme ir šo faktoru lomas izpētei dzīvnieku un cilvēku individuālās attīstības procesā, kas pieaug, pastiprinoties antropogēnajai ietekmei uz dabu. IN dažādas jomas bioloģijā, medicīnā, veterinārmedicīnā un citās zinātnēs plaši tiek veikti pētījumi, lai pētītu organismu normālās un patoloģiskās attīstības procesus, noskaidrotu ontoģenēzes modeļus. IN pēdējās desmitgadēs izveidoja neatkarīgu biomedicīnas zinātnes nodaļu - teratoloģija. Šis virziens ir veltīts organismu deformāciju un anomāliju izpētei, to rašanās cēloņu un dažādu vides faktoru lomas noskaidrošanai. Daudzi no identificētajiem teratogēniem (faktori, kas izraisa deformācijas un malformācijas) izrādījās atšķirīgi ķīmiskās vielas ar kuru persona bieži saskaras, Ikdiena- nikotīns, alkohols, dažādas sintētiskas vielas, dažas medikamentiem. Parādīts teratogēns efekts un daudzi fiziski faktori - dažādi starojuma veids, ultraskaņa, vibrācija, elektromagnētiskais lauks utt.
Organismu evolūcija
Organismu evolūcija ir neatgriezenisks dzīvo būtņu vēsturiskās attīstības process. Evolūcijas laikā ( filoģenētisks attīstība) notiek secīga sugu maiņa jaunu organismu sugu rašanās procesa rezultātā. Pēc savas būtības evolūcija ir progresīva, jo dzīvo organismu organizācija evolūcijas gaitā ir izgājusi vairākus posmus - pirmsšūnu formas, vienšūnu organismi, arvien sarežģītāki daudzšūnu organismi līdz pat cilvēkam (sīkāk skatīt nākamajā sadaļā) . Līdz ar cilvēka parādīšanos, jauna forma matērijas esamība - sociāla, augstāka par bioloģisko un nav tai reducējama. Sakarā ar to cilvēks, atšķirībā no visiem citiem organismu veidiem, ir biosociāla būtne (sīkāk skatīt 14. nodaļu).
Aizkaitināmība
Organismu un visu dzīvo sistēmu neatņemama īpašība ir aizkaitināmība – spēja uztvert ārējos vai iekšējos stimulus (triecienu) un adekvāti uz tiem reaģēt. Organismam aizkaitināmību pavada izmaiņu komplekss, kas izteikts vielmaiņas maiņās, elektriskajā potenciālā uz šūnu membrānām, fizikāli ķīmiskajiem parametriem šūnu citoplazmā, motoriskajās reakcijās, un augsti organizētiem dzīvniekiem raksturīgas izmaiņas viņu uzvedībā.
Dzīvniekiem, kuriem nav nervu sistēma, vienšūnu organismi un dažas daudzšūnu organismu šūnas (piemēram, asins fagocīti), reakcijas uz kairinājumu izpaužas, jo īpaši motorisku reakciju veidā - taksometri, telpiskās kustības. Atkarībā no kairinājuma rakstura izšķir šādus taksoksi: fototakss, ķemotaksis, termotakss, ģeotakss uc Fotosintētiskos organismos parasti ir izteikta pozitīva fototaksija (virzoties uz apgaismotāko zonu), heterotrofiskajiem organismiem visbiežāk raksturīgs negatīvs. fototakss (izvairīšanās no apgaismotām zonām) . Pateicoties ķīmijaksei, asins fagocīti uzkrājas ap, piemēram, baktērijām, kas nonākušas organismā un pilda savu funkciju – baktēriju fagocitozi (“aprišanu”).
Augi ir mazāk mobili nekā dzīvnieki. Lielākā daļa kustību augos rodas kā reakcija uz gaismas, temperatūras, gravitācijas un ķīmisko faktoru izraisītu kairinājumu. Augos ir divu veidu aktīvās kustības: augšana un kontrakcija. Pirmās kustības ir lēnākas, bet otrās - ātrākas. Augšanas kustības ir saistītas ar faktora ietekmi uz augu, kas darbojas vienā virzienā. Tas izraisa vienpusēju augšanu, kā rezultātā rodas izliekums. Tādus augu orgānu līkumus sauc tropismi. Jebkurš tropisms var būt pozitīvs vai negatīvs. Par pozitīvu to sauc, kad augs noliecas pret stimulu, un par negatīvu, ja augs noliecas pretējā virzienā no stimula. Tātad, ja stāda stādus liek uz loga, tad augošie augi noliecas vienā virzienā, pret gaismu. Šo parādību sauc par pozitīvu fototropismu. Augs izliecas, jo šādos apstākļos tas aug nevienmērīgi. Auga puse, kas vērsta pret gaismu, aug lēnāk nekā pretējā puse. Saraušanās kustībās augos ietilpst strauja lapu kustība mimozām, skābenēm, kukaiņēdāju augiem (piemēram, saulainā) pieskaroties - nastijai. Mimozā spārnu lapu kātiņiem un atsevišķām lapām ir īpašas zonas ar īpašām šūnām. Kairinot (pieskaroties, stumjot, sakratot), šūnas ātri zaudē ūdeni, strauji pazeminās intracelulārais spiediens, un lapas sakļaujas. Pašlaik tiek ierosināts, ka straujo kustību mehānisms ir saistīts arī ar īpašu saraušanās proteīnu klātbūtni.
Daudzšūnu dzīvniekiem nervu un muskuļu sistēmas nodrošina motoriskās reakcijas; mediētas reaktīvās komunikācijas formas ar stimulu attīstās caur augstāku nervu aktivitāti un apziņu. Uzbudināmības dēļ tiek panākta organismu līdzsvarošana ar ārējo vidi: organismi adekvāti reaģē uz savas vides apstākļu izmaiņām, mainoties bioloģiskās sistēmas atbilstošo elementu funkcionēšanai un pašai sistēmai kopumā.
Aizkaitināmības fenomens ir bioloģisko sistēmu pašregulācijas pamatā, un pašregulācijas pastāvēšanas rezultātā sistēmās tiek uzturēta homeostāze. homeostāze- tā ir sistēmas spēja pretoties izmaiņām un saglabāt tā sastāva un īpašību relatīvo noturību (noteiktas ķermeņa temperatūras saglabāšana, noturība pilna dalība, osmotiskais spiediens utt.).
Pamatā ir aizkaitināmības fenomens pielāgojumi. Adaptācija (adaptācija) tiek saprasta kā organisma pielāgošanās nepārtraukti mainīgiem vides apstākļiem. Izceļot uzbudināmību kā īpašu dzīvo organismu īpašību, viņi vadās pēc šādiem apsvērumiem. Nedzīvi ķermeņi (sistēmas) reaģē, kā likums, uz ārējām ietekmēm tieši, tas ir, neatkarīgi no tās iepriekšējās vēstures. Dzīvie organismi reaģē uz ārējām ietekmēm ne tikai tieši, bet arī balstoties uz savu iedzimto (ģenētisko) vai mūža (individuālo) "atmiņu" par visu pagātnes pieredzi, reaģējot uz ārējām ietekmēm. Saprātīgām būtnēm piemīt spēja rīkoties uz priekšu mainīgos vides apstākļos, reaģējot uz ārējām ietekmēm ne tikai tieši vai ņemot vērā pieejamo un uzkrāto informāciju, bet aktīvi pārstrādājot to pēc būtības jaunā informācijā.
Noslēdzot sadaļu, kas veltīta dzīvo organismu īpašību analīzei, var izdalīt fundamentālās un specifiskās īpašības, kuru kopums raksturo dzīvo: pašatjaunošanos, pašvairošanos un pašregulāciju, kas balstīta uz vielu plūsmām. , enerģija un informācija. Atšķirība starp dzīvajām un nedzīvajām sistēmām ir nevis dažu netveramu metafizisku īpašību klātbūtnē – visi fizikas un ķīmijas likumi attiecas arī uz dzīvām būtnēm –, bet gan dzīvo sistēmu augstajā strukturālajā un funkcionālajā sarežģītībā. Šī īpašība ietver visas iepriekš apspriestās dzīvo organismu pazīmes un īpašības un padara dzīvības stāvokli par kvalitatīvi jaunu matērijas īpašību.
Pašpārbaudes jautājumi:
1. Kādas pamatīpašības atšķir dzīvo vielu no nedzīvas vielas?
2. Kas ir dzīvības substrāts?
3. Kā var definēt dzīves fenomenu?
4. Kas ir vielmaiņa un kādu lomu tā spēlē dzīves dinamikā?
5. Kādi hierarhiskie organizācijas līmeņi ir raksturīgi dzīvai vielai?
Dzīves fenomenoloģija
Dzīvās vielas strukturālā hierarhija.
M.V. Volkenšteins piedāvāja šādu dzīvības definīciju: "Dzīvie ķermeņi, kas eksistē uz Zemes, ir atvērtas, pašregulējošas un pašreproducējošas sistēmas, kas veidotas no biopolimēriem - olbaltumvielām un nukleīnskābēm." Nav stingras un skaidras "dzīvības" jēdziena definīcijas, tomēr ir iespējams uzskaitīt un aprakstīt tās dzīvās matērijas pazīmes, kas to atšķir no nedzīvās matērijas.
1. noteiktu ķīmisko sastāvu. Dzīvo organismu sastāvā ir tie paši ķīmiskie elementi kā nedzīvos objektos, taču to attiecība ir atšķirīga. Galvenās uzturvielas ir makroelementi H, C, O, N(98% no dzīvo organismu masas). Papildus tiem svarīgi mikroelementi Na, Mg, Cl, P, S, Fe, Ca un citi. Turklāt visi dzīvie organismi ir veidoti no 4 galvenajām organisko vielu grupām: nukleīnskābes, olbaltumvielas, ogļhidrāti Un lipīdi.
2. Šūnu struktūra. Visiem dzīviem organismiem ir noteikta organizācija, kuras strukturālā un funkcionālā vienība visiem organismiem (izņemot vīrusus) ir šūna.
3. Metabolisms un enerģijas atkarība. Organismi - atvērtās sistēmas, kas ir stabili tikai ar nepārtrauktu vielu un enerģijas piekļuvi tiem no ārpuses. Kurā dzīvā sistēma pastāvīgi atrodas dinamiska līdzsvara stāvoklī.
4. Pašregulācija. Dzīviem organismiem ir spēja saglabāt savu ķīmisko vielu noturību. vielmaiņas procesu sastāvs un intensitāte.
5. Aizkaitināmība- ķermeņa spēja reaģēt uz noteiktām ietekmēm ar specifiskām reakcijām. Visspilgtākā aizkaitināmības izpausmes forma ir kustība. Augos tas tropismi, augšanas kustības, primitīviem dzīvniekiem - taksometri. Daudzšūnu reakcijas uz kairinājumu tiek veiktas ar nervu sistēmas palīdzību un tiek sauktas refleksus.
6. Iedzimtība. Dzīvajiem organismiem raksturīga spēja ar DNS informācijas nesēju palīdzību pārnest zīmes un īpašības nemainīgas no paaudzes paaudzē.
7. Mainīgums- organismu spēja iegūt jaunas pazīmes un īpašības; rada dažādus materiālus dabiskajai atlasei.
8. pavairošana- dzīvo būtņu spēja pavairot savu sugas veidu. Pateicoties reprodukcijai, tiek veikta paaudžu maiņa un nepārtrauktība. Audzēšanas veidi: aseksuāls(veic nedzimuma, somatiskās šūnas) Un seksuāla(ko veic dzimumšūnas).
aseksuāla vairošanās visplašāk izplatīts starp prokariotiem, sēnēm un augiem, bet atrodams arī dažādi veidi dzīvnieki. Galvenās aseksuālās vairošanās formas ir dalīšanās, sporulācija, pumpuru veidošanās, sadrumstalotība, veģetatīvā pavairošana un klonēšana ( klons - viena indivīda ģenētiska kopija).
seksuālā reprodukcija raksturīgs lielākajai daļai dzīvo organismu un tam ir liela bioloģiskā nozīme. Viss parādību kopums, kas saistīts ar seksuālo reprodukciju, sastāv no 4 galvenajiem procesiem: 1) gametoģenēze- dzimumšūnu (gametu) veidošanās; 2) apaugļošana(singāmija - gametu un to kodolu saplūšana) un zigotas veidošanās; 3) embioģenēze(zigotas sasmalcināšana un embrija veidošanās); 4) tālāka organisma augšana un attīstība pēcembrionālajā (pēcembrionālajā) periodā.
Dzimumvairošanās bioloģiskā nozīme ir ne tikai indivīdu pašvairošanās, bet arī sugu bioloģiskās daudzveidības, to adaptācijas spēju un evolūcijas perspektīvu nodrošināšanā. Tas ļauj mums uzskatīt, ka seksuālā vairošanās ir bioloģiski progresīvāka nekā aseksuāla.
Dažām organismu grupām ir raksturīgi neregulāri seksuālās reprodukcijas veidi - partenoģenēze – embrija attīstība no neapaugļotas olšūnas(bites, skudras, termīti, laputis, dafnijas), tas nodrošina strauju sugu skaita pieaugumu.
9. Ontoģenēze ir individuāla attīstība. Jauns organisms vairumā gadījumu rodas dzimumšūnu (gametu) saplūšanas rezultātā. Izaugsmes un attīstības procesā pamazām veidojas specifiska indivīda organizācija. Cilvēku dzīves ilgumu ierobežo novecošanās process, kas galu galā noved pie nāves.
10. Filoģenēze ir evolucionāra attīstība. Visi dzīvie organismi eksistē ne tikai telpā, bet arī laikā. Filoģenēze ir dzīvās dabas neatgriezeniska un virzīta attīstība, ko pavada jaunu sugu parādīšanās un progresējoša dzīvības komplikācija.
11. integritāte un diskrētums. No vienas puses, dzīvā matērija ir neatņemama, noteiktā veidā sakārtota un pakļaujas vairākiem īpašiem, tikai tai raksturīgiem likumiem. No otras puses, tas ir diskrēts (dalāms), jo jebkurš biol. Sistēma sastāv no atsevišķiem, kaut arī cieši savstarpēji saistītiem elementiem.
12. Neģēlība. Saskaņā ar II termodinamikas likums visi izolētās sistēmās spontāni notiekošie procesi attīstās secības samazināšanās virzienā, t.i. entropijas pieaugums. Tajā pašā laikā dzīvie organismi augot un attīstoties, gluži pretēji, kļūst sarežģītāki, kas, šķiet, ir pretrunā ar otro likumu. Patiesībā šī ir šķietama pretruna. Fakts ir tāds, ka dzīvie organismi ir atvērtas sistēmas. Organismi barojas, absorbējot enerģiju no ārpuses, izlaižot to iekšā vidi siltums un atkritumi beidzot mirst un sadalās. Saskaņā ar E. Šrēdingera tēlaino izteicienu: “organisms barojas no negatīvas entropijas”; uzlabojoties un kļūstot sarežģītākiem, organismi rada haosu apkārtējā pasaulē.
Papildus uzskaitītajām reizēm izšķir dzīvām būtnēm raksturīgās fizioloģiskās īpašības - augšanu, attīstību, izdalīšanos utt.
Diskrētības princips veidoja pamatu priekšstatiem par dzīvās vielas organizācijas līmeņiem.
Dzīvās vielas organizācijas līmeņi
Organizācijas līmenis- noteiktas sarežģītības pakāpes bioloģiskās struktūras funkcionālā vieta. Izšķir šādus dzīvās vielas organizācijas līmeņus.
Molekulārā(molekulārā ģenētiskā) - ietver sarežģītu informatīvo organisko molekulu, lielmolekulāro organisko savienojumu, piemēram, proteīnu, vīrusu, plazmīdu, nukleīnskābju u.c., pastāvēšanas un pašreprodukcijas veidu.
Subcelulārs(supramolekulārais) - Dzīvā daba sakārtoti organellās: hromosomas, šūnu membrānu, endoplazmatiskais tīkls, mitohondriji, Golgi komplekss, lizosomas, ribosomas un citas subcelulāras struktūras.
Mobilais — dzīvo dabu attēlo šūnas, t.i. elementāra dzīvesveida strukturālā un funkcionālā vienība.
Organo-audi- dzīvā daba ir sakārtota audos un orgānos. Tekstils- pēc struktūras un funkcijas līdzīgu šūnu kopums, kā arī ar tām saistītās starpšūnu vielas. Ērģeles Daudzšūnu organisma daļa, kas veic noteiktu funkciju vai funkcijas.
Organisms(ontoģenētiskā) - dzīvo dabu pārstāv organismi. organisms(individuāls, indivīds) ir nedalāma dzīves vienība, tās reālais nesējs, ko raksturo visas tās pazīmes.
populācijas sugas- dzīvā daba ir sakārtota populācijās. populācija- vienas sugas indivīdu kopums, kas veido atsevišķu ģenētisko sistēmu, kas ilgstoši pastāv noteiktā areāla daļā relatīvi atsevišķi no citām tās pašas sugas kopām. Skatīt- īpatņu (populāciju) kopums, kas spēj krustoties ar auglīgu pēcnācēju veidošanos un dabā ieņem noteiktu platību (diapazonu).
Biocenotisks- dzīvās dabas formas biocenozes- dažādu sugu populāciju kopums, kas dzīvo noteiktā teritorijā.
Biogeocenotisks- savvaļas dzīvnieki veido biogeocenozes - biocenozes un abiotisko vides faktoru (klimata, augsnes) kombinācija.
biosfēras- dzīvās dabas formas biosfēra- Zemes apvalks, ko pārveido dzīvo organismu darbība.
Katra nākamā līmeņa īpašību prognozēšana, pamatojoties uz iepriekšējo līmeņu īpašībām, ir tikpat neiespējama kā ūdens īpašību prognozēšana, pamatojoties uz skābekļa un ūdeņraža īpašībām. Šo parādību sauc par " rašanās”, t.i. sistēmai ir īpašas, kvalitatīvi jaunas īpašības, kas nav raksturīgas tās atsevišķo elementu īpašību summai. No otras puses, zināšanas par sistēmas atsevišķu komponentu iezīmēm ievērojami atvieglo tās izpēti.
1. Dzīvās matērijas atšķirīgās iezīmes.
1. Sarežģīta struktūra ar salīdzinoši nelielu biomolekulu skaitu (olbaltumvielas, tauki, ogļhidrāti, lipīdi, polisaharīdi, nukleīnskābes)
2. Augsts bioloģisko objektu strukturālās un funkcionālās organizācijas līmenis ar stingri noteiktu katras dzīvā organisma sastāvdaļas mērķi.
3. Dzīva organisma spēja uzturēt dzīvībai svarīgu aktivitāti, apmainoties vielai un enerģijai ar vidi.
4. Bioķīmisko reakciju pašregulācija
5. Ikviena veida dzīvo organismu iedzimtības informācijas pašreproducēšana un pārnešana
2. Biomolekulas (vienkāršas un sarežģītas); biopolimēri. Šūnas strukturālā organizācija
Vienkārši: α-aminoskābes, mononukleotīdi, monosaharīdi, lipīdi, mononukleoproteīni
Komplekss: olbaltumvielas, polisaharīdi, DNS, RNS (nukleīnskābes), polinukleotīdi.
Biopolimēri-lipīdi, polisaharīdi, nukleīnskābes (DNS, RNS), lipīdi, proteīni.
Cukuriem ir vispārīgā formula C(H 2 O) n, kur P - vesels skaitlis (no 3 līdz 7), visi cukuri satur hidroksilgrupas, kā arī aldehīdu vai ketonu grupas. Mijiedarbojoties viens ar otru, monosaharīdi var veidot di-, tri- vai oligosaharīdus. Cukuri ir galvenais šūnu enerģijas substrāts. Turklāt tie veido saites ar olbaltumvielām un lipīdiem, kā arī ir celtniecības bloki sarežģītāku bioloģisko struktūru veidošanā. Galvenās cukuru reaktīvās grupas ir hidroksilgrupas, kas īpaši iesaistītas saišu veidošanā starp monomēriem.
Taukskābes satur ogļhidrātu ķēdi un hidrofilās karboksilgrupas, kas veido amīdus un esterus. Tāpat kā ogļhidrāti, arī taukskābes ir ķermeņa enerģijas avots. Bet to galvenais mērķis ir saistīts ar dalību šūnu membrānu veidošanā. Brīvās taukskābes atrodas lipīdu un ūdens saskarnē. Tomēr organismā tie visbiežāk tiek esterificēti vai apvienoti ar citām lipīdu struktūrām. Dzīvnieku organismā vislielākais nachoin daudzums ir palmitīnskābes, oleīnskābes un stearīnskābes. Augos, papildus uzskaitītajiem, lielos daudzumos tika konstatēta arī linolskābe.
Bioloģiskajos audos atrodamās aminoskābes galvenokārt tiek izmantotas olbaltumvielu makromolekulu veidošanai. Neskatoties uz atšķirībām ķīmiskajā struktūrā, tie satur amīnu un karboksilgrupas, kas savienotas ar asimetrisku oglekļa atomu. Ar palīdzību peptīdu saites tie veido garas polipeptīdu ķēdes - olbaltumvielu sastāvdaļas.
Nukleotīdi ir trīskomponentu struktūras, kas sastāv no slāpekļa bāzēm un fosforskābes atlikumiem. Savukārt slāpekļa bāzes , Tos iedala purīnā un pirimidīnā, bet cukurā (pentozē) - ribozē un dezoksiribozē.
Nukliotīdi ir augsta polimēra nukleīnskābju sastāvdaļas - ģenētiskās informācijas nesēji
Lai noteiktu konkrētas molekulas lomu dzīvībai svarīgās aktivitātes procesos, ir jāzina visas tās struktūras iezīmes. Molekulu stabilitāti nosaka kovalentās saites starp atomiem, kas to veido.Molekulu bioloģisko nozīmi nosaka jo īpaši to optiskā aktivitāte, tas attiecas uz molekulām, kurām ir hirāli centri. Piemēram, aminoskābēm, kas veido olbaltumvielas, ir četras dažādas grupas, kas pievienotas vienam no oglekļa atomiem. Rezultātā aminoskābes iegūst tādu īpašību kā optiskā aktivitāte, kam ir svarīga funkcionāla loma. Papildus optiskajai aktivitātei ļoti svarīga ir molekulu spēja pieņemt termodinamiski vislabvēlīgāko konformāciju. Molekulu ķīmiskās īpašības ir atkarīgas no tā, vai tā ir plakana vai tai ir cita forma, piemēram, izliekta.
Nukleīnskābes - informatīvas makromolekulas, kas sastāv no jonunukleotīdiem. Šūnas satur dezoksiribonukleīnskābi (DNS) un ribonukleīnskābes (RNS). DNS ir lielākā makromolekula dzīvās sistēmās. Tas sastāv no daudziem tūkstošiem nukleotīdu pāru, kas savienoti viens ar otru noteiktā secībā. RNS molekulas ir daudz mazākas par DNS, bet to kopējais skaits pārsniedz DNS. Nukleīnskābēm dažādas funkcijas ir neparastas, bet ģenētiskās informācijas uzglabāšana un pārraide ir šūnu reprodukcijas un funkcionēšanas pamats.
Olbaltumvielām ir daudz funkciju. Tās sastāv no aminoskābēm, kas savienotas ģenētiski noteiktā secībā, kas nosaka gan šo makromolekulu struktūru, gan funkcijas. Tādējādi olbaltumvielas ir instruments, ar kuru genoms kontrolē visas šūnu metabolisma reakcijas.
Polisaharīdi ir makromolekulāras vielas, kas sastāv no atkārtotām struktūrvienībām. Tie atšķiras viens no otra ar monosaharīdu vienību struktūru, molekulmasu un glikozīdu saitēm. Pateicoties klātbūtnei liels skaits polārās grupas, polisaharīdi pēc uzbriešanas izšķīst ūdenī un veido koloidālus šķīdumus. Tie atrodas gandrīz visās šūnās un veic dažādas funkcijas. To loma bioloģisko struktūru veidošanā ir liela. Tātad hitīns veido posmkāju čaumalas, celuloze ir zaļo augu galvenā struktūra, mukopolisaharīdi ir svarīgākās saistaudu sastāvdaļas. Dzīvnieku glikogēns un augu organismu ciete ir vissvarīgākie rezerves polisaharīdi. Tos iedala homo- un heteropolisaharīdos. Homopolisaharīdu piemērs ir ciete, kas sastāv tikai no viena veida atliekām (glikozes), un heteropolisaharīdu piemērs ir hialuronskābe, kas sastāv no glikuronskābes atlikumiem, kas mijas ar N- acetilglikozamīns.
Lipīdi ir augstāki esteri taukskābes un glicerīns. Tajos ietilpst fosforskābe, slāpekļa bāzes vai ogļhidrāti. Tiem ir būtiska nozīme kā šūnas strukturālajām sastāvdaļām, kā arī kā enerģijas substrātiem.Lipīdu fizikāli ķīmiskās īpašības ir atkarīgas no to polaritātes. Ir polārie un neitrālie lipīdi. Pēdējie sastāv no triacilglicerīdiem un ir iekļauti vienkāršo lipīdu klasē. Polārie lipīdi ir daudzkomponentu vielas un ir sarežģīti lipīdi.
Šūnas strukturālā organizācija.
Šūna ir dzīvās vielas pamatelements.
1. Visi dzīvie organismi sastāv no noteikta šūnu skaita, ir vienšūnu un daudzšūnu mikroorganismi.Vienšūnu: streptokoki, holēras baciļi u.c.
Daudzšūnu: prokarioti (bez kodola), eikarioti (ar izveidoto kodolu)
2. Šūna ir dzīvās vielas mazākā strukturālā un funkcionālā vienība
3. Katra dzīvā organisma šūna pilda stingri noteiktu funkciju
Ir divas lielas šūnu klases, kas atšķiras pēc struktūras un funkcijas. Senākās un vienkāršākās pēc uzbūves ir prokariotu šūnas. Galvenās prokariotiem raksturīgās īpašības var aplūkot baktēriju piemērā. Šīs ir vienas no vienkāršākajām šūnām pēc struktūras, kas atšķiras ar mazo izmēru un primitīvo struktūru. Viņiem nav kodola, un to ģenētiskais materiāls nav aizsargāts ar papildu intracelulāro membrānu. Parasti baktērijas iegūst nepieciešamo enerģiju no vides, un tās galvenais avots ir glikoze. Dažādas baktērijas ir zilaļģes jeb zilaļģes, kurām ir augu šūnām līdzīga fotosistēma. Cianobaktērijas spēj fiksēt slāpekli oglekļa dioksīds un atbrīvot skābekli. Tādējādi viņu parastā dzīves aktivitāte var notikt tikai ūdens un gaisa klātbūtnē.
Viena no visvairāk pētītajām prokariotu šūnām ir Escherichia coli. Escherichia coli (E.coli), kas dzīvo daudzu dzīvnieku un cilvēku kuņģa-zarnu traktā
Tāpat kā visi prokarioti, E.coli Tā ir šūnapvalki, kam iekšpusē pieguļ šūnu membrāna,
| " |
Iekšzemes zinātnieki M. V. Volkenšteins piedāvāja šādu dzīvības definīciju: "Dzīvie ķermeņi, kas eksistē uz Zemes, ir atvērtas, pašregulējošas un pašreproducējošas sistēmas, kas būvētas no biopolimēriem – olbaltumvielām un nukleīnskābēm."
Tomēr joprojām nav vispārpieņemtas jēdziena "dzīve" definīcijas. Bet ir iespējams atšķirt dzīvās vielas pazīmes (īpašības), atšķirt to no nedzīvā.
1.noteiktu ķīmisko sastāvu. Dzīvie organismi sastāv no tiem pašiem ķīmiskajiem elementiem kā nedzīvās dabas objekti, taču šo elementu attiecība ir atšķirīga. Galvenie dzīvo būtņu elementi ir ogleklis C, skābeklis O, slāpeklis N un ūdeņradis H.
2.Šūnu struktūra. Visiem dzīviem organismiem, izņemot vīrusus, ir šūnu struktūra.
3.Metabolisms un enerģijas atkarība. Dzīvie organismi ir atvērtas sistēmas, tās ir atkarīgas no vielu un enerģijas saņemšanas no ārējās vides.
4.Pašregulācija (homeostāze). Dzīvajiem organismiem piemīt spēja uzturēt homeostāzi – to ķīmiskā sastāva noturību un vielmaiņas procesu intensitāti.
5.Aizkaitināmība. Dzīvie organismi parāda aizkaitināmību, tas ir, spēju reaģēt uz noteiktām ārējām ietekmēm ar īpašām reakcijām.
6.Iedzimtība. Dzīvie organismi spēj nodot zīmes un īpašības no paaudzes paaudzē ar informācijas nesēju - DNS un RNS molekulu palīdzību.
7.Mainīgums. Dzīvie organismi spēj iegūt jaunas pazīmes un īpašības.
8.Pašreproducēšana (reprodukcija). Dzīvie organismi spēj vairoties – vairoties paši sev.
9.Individuālā attīstība (ontoģenēze). Katram indivīdam ir raksturīga ontoģenēze – organisma individuālā attīstība no dzimšanas līdz mūža beigām (nāvei vai jaunai dalīšanai). Attīstību pavada izaugsme.
10.Evolūcijas attīstība (filoģenēze). Dzīvai vielai kopumā ir raksturīga filoģenēze - vēsturiskā attīstība dzīvība uz Zemes no tās pirmsākumiem līdz mūsdienām.
11.Pielāgojumi. Dzīvie organismi spēj pielāgoties, tas ir, pielāgoties vides apstākļiem.
12.Ritms. Dzīvie organismi parāda dzīves aktivitātes ritmu (ikdienas, sezonas utt.).
13.integritāte un diskrētums. No vienas puses, visa dzīvā matērija ir neatņemama, sakārtota noteiktā veidā un pakļaujas vispārīgie likumi; no otras puses, jebkura bioloģiskā sistēma sastāv no atsevišķiem, kaut arī savstarpēji saistītiem elementiem.
14.Hierarhija. Sākot no biopolimēriem (olbaltumvielām un nukleīnskābēm) un beidzot ar biosfēru kopumā, visas dzīvās būtnes atrodas noteiktā pakļautībā. Bioloģisko sistēmu funkcionēšana mazāk sarežģītā līmenī padara iespējamu sarežģītāka līmeņa pastāvēšanu.
| Iepriekšējie materiāli: |
