Выделение живой материи. Размножение живой материи

Феноменология жизни

Структурная иерархия живой материи.

М.В. Волькенштейн предложил следующее определение жизни: «Живые тела, существующие на Земле, представ­ляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящие­ся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот». Строго и четкого определения понятия «жизнь» не существует, однако возможно перечислить и описать те признаки живой материи, которые ее отличают от неживой.

1. Определенный химический состав. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в неживые объекты, однако их соотношение различно. Основными биогенными элементами являются макроэлементы H, C, O, N (98% массы живых организмов). Помимо них важны микроэлементы Na, Mg, Cl, P, S, Fe, Ca и др. Кроме того, все живые организмы построены из 4 основных групп органических веществ: нуклеиновые кислоты, белки, углеводы и липиды .

2. Клеточное строение. Все живые организмы имеют определенную организацию, структурной и функциональной единицей которой для всех организмов (кроме вирусов) является клетка .

3. Обмен веществ и энергозависимость. Организмы – открытые системы , являющиеся устойчивыми лишь при непрерывном доступе к ним веществ и энергии извне. При этом живая система постоянно находится в состоянии динамического равновесия.

4. Саморегуляция. Живые организмы обладают способностью поддерживать постоянство своего хим. состава и интенсивность обменных процессов.

5. Раздражимость – способность организма отвечать на определенные воздействия специфическими реакциями. Наиболее яркой формой проявления раздражимости является движение. У растений это тропизмы , ростовые движения, у примитивных животных – таксисы . Реакции многоклеточных на раздражение осуществляются с помощью нервной системы и называются рефлексами .

6. Наследственность. Для живых организмов характерна способность передавать признаки и свойства в неизменном виде из поколения в поколение с помощью носителей информации ДНК.

7. Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства; создает разнообразный материал для естественного отбора.

8. Размножение – способность живых существ воспроизводить себе подобных. Благодаря размножению осуществляются смена и преемственность поколений. Типы размножения:бесполое (осуществляется неполовыми, соматическими клетками) иполовое (осуществляется половыми клетками).

Бесполое размножение наиболее широко распространено среди прокариот, грибов и растений, но встречаются и у различных видов животных. Основные формы бесполого размножения: деление, спорообразование, почкование, фрагментация, вегетативное размножение и клонирование (клон – генетическая копия одной особи ).

Половое размножение характерно для подавляющего большинства живых организмов и имеет огромное биологические значение. Вся совокупность явлений, связанных с половым размножением, складывается из 4 основных процессов: 1) гаметогенез – образование половых клеток (гамет); 2) оплодотворение (сингамия – слияние гамет и их ядер) и образование зиготы; 3) эмбиогенез (дробление зиготы и формирование зародыша); 4) дальнейший рост и развитие организма в послезародышевый (постэмбриональный) период.

Биологическое значение полового размножения заключается не только в самовоспроизведении особей, но и в обеспечении биологического разнообразия видов, их адаптивных возможностей и эволюционных перспектив. Это позволяет считать половое размножение биологически, более прогрессивным, чем бесполое.

Для некоторых групп организмов характерны нерегулярные типы полового размножения – партеногенез – развитие зародыша из неоплодотворенной яйцеклетки (пчелы, муравьи, термиты, тля, дафнии), она обеспечивает быстрый рост численности видам.

9. Онтогенез – индивидуальное развитие. Новый организм возникает в большинстве случаев в результате слияния половых клеток (гамет). В процессе роста и развития постепенно возникает специфическая организация индивида. Продолжительность жизни особей ограничена процессами старения, приводящими в конечном итоге к смерти.

10. Филогенез – эволюционное развитие. Все живые организмы существуют не только в пространстве, но и во времени. Филогенез есть необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся появлением новых видов и прогрессивным усложнением жизни.

11. Целостность и дискретность. С одной стороны, живая материя целостна, определенным образом организована, подчиняется ряду специальных только для нее характерных законов. С другой стороны, она дискретна (делима), т.к. любая биол. система состоит из обособленных, хотя и тесно взаимосвязанных элементов.

12. Негэнтрорийность. Согласно II закону термодинамики все процессы, самопроизвольно протекающие в изолированных системах, развиваются в направлении понижения упорядоченности, т.е. возрастания энтропии. В то же время по мере роста и развития живые организмы, наоборот, усложняются, что казалось бы противоречит второму началу. На самом деле это мнимое противоречие. Дело в том, что живые организмы представляют собой открытые системы. Организмы питаются, поглощая при этом энергию извне, выделяют в окружающую среду тепло и продукты жизнедеятельности, наконец, погибают и разлагаются. По образному выражению Э. Шредингера: «организм питается отрицательной энтропией»; совершенствуясь и усложняясь, организмы вносят хаос в окружающий их мир.

Кроме перечисленных, иногда выделяют физиологические свойства, присущие живому – рост, развитие, выделение и т.д.

Принцип дискретности лег в основу представлений об уровнях организации живой материи.

Уровни организации живой материи

Уровень организации – функциональное место биологической структуры определенной степени сложности. Выделяют следующие уровни организации живой материи.

Молекулярный (молекулярно-генетический) – включает в себя способ существования и самовоспроизводства сложных информационных органических молекул, высокомолекулярные органические соединения, такие как белки, вирусы, плазмиды, нуклеиновые кислоты и др.

Субклеточный (надмолекулярный) – живая природа организуется в органоиды: хромосомы, клеточную мембрану, эндоплазматическую сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, рибосомы и другие субклеточные структуры.

Клеточный – живая природа представлена клетками, т.е. элементарной структурной и функциональной единицей живого.

Органо-тканевый – живая природа организуется в ткани и органы. Ткань – совокупность клеток, сходных по строению и функциям, а также связанных с ними межклеточных веществ. Орган – часть многоклеточного организма, выполняющая определенную функцию или функции.

Организменный (онтогенетический) – живая природа представлена организмами. Организм (особь, индивид) – неделимая единица жизни, ее реальный носитель, характеризующийся всеми ее признаками.

Популяционно-видовой – живая природа организуется в популяции. Популяция – совокупность особей одного вида, образующих обособленную генетическую систему, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Вид – совокупность особей (популяций), способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и занимающих в природе определенную область (ареал).

Биоценотический – живая природа образует биоценозы – совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.

Биогеоценотический – живая природа формирует биогеоценозы – совокупность биоценоза и абиотических факторов среды обитания (климат, почва).

Биосферный – живая природа формирует биосферу – оболочку Земли, преобразованную деятельностью живых организмов.

Предсказать свойства каждого следующего уровня на основе свойств предыдущих уровней так же невозможно, как предсказать свойства воды, исходя из свойств кислорода и водорода. Такое явление носит название «эмерджментность », т.е. наличие у системы особых, каче­ственно новых свойств, не присущих сумме свойств ее отдельных эле­ментов. С другой стороны, знание особенностей отдельных составля­ющих системы значительно облегчает ее изучение.

Лекция № 2 Общая характеристика живого

1 Отличительные признаки живой материи

1.1 Питание. Пища нужна всем живым организмам, так как она служит источником энергии и других веществ, необходимых для жизнедеятельности. Растения и животные различаются главным образом по тому, как они добывают пищу.

Почти все растения способны к фотосинтезу, т.е. они сами образуют необходимые вещества, используя энергию света. Фотосинтез – одна из форм автотрофного питания:

6СО + 6НО СНО + 6О

хлорофилл

Животные и большинство микроорганизмов питаются по другому: они используют готовое органическое вещество, т.е. вещество других организмов. Это вещество они расщепляют с помощью ферментов и образуют вещества своего тела. Такое питание называется гетеротрофным.

1.2 Дыхание. Это процесс окисления органических веществ с выделением энергии (АТФ обнаружен во всех живых клетках).

СНО + 6О 6СО + 6НО + Q (кДж)

Энергия нужна для всех процессов жизнедеятельности, поэтому основная масса питательных веществ используется как источник энергии. В процессе дыхания энергия высвобождается при расщеплении некоторых высокоэнергетических соединений.

Благодаря этим двум процессам – питанию и дыханию - организм поддерживает свою целостность, т.е. упорядоченность всех процессов, протекающих в этом организме.

1.3 Раздражимость. Все живые существа способны реагировать на изменение внешней и внутренней среды. Например, на холоде кровеносные сосуды сужаются (гусиная кожа), а при высокой температуре расширяются, в результате в атмосферу выделяется избыточное тепло. Растения тянутся к свету (фотосинтез), животные тоже реагируют на опасность – еж, черепаха.

Раздражимость – это универсальное свойство живого. Оно выработалось в процессе эволюции и помогает живому организму выжить в изменившихся условиях внешней среды.

1.4 Подвижность. Животные отличаются от растений способностью перемещаться в пространстве из одного места в другое, т.е. они могут двигаться. Животным надо двигаться, чтобы добывать себе пищу.

Для растений подвижность не обязательна, т.к. они сами способны синтезировать питательные вещества. Но у растений имеет место движение внутри клеток и движение целых органов (листья комнатных растений, подсолнух). Но скорость этого движения значительно меньше, чем у животных.

В связи с этим академик Вернадский выделил два вида движения:

1 активное движение – перемещение на значительные расстояния;

2 пассивное движение – движение внутри тела.

1.5 Выделение. Выделение или экскреция – выведение из организма конечных продуктов обмена веществ. Животные потребляют много белковых веществ, поэтому шлаки, образованные из белков, это азотистые соединения.

1.6 Размножение. Продолжительность жизни у каждого организма ограничена, но все живое в целом бессмертно. Выживание вида обеспечивается сохранением главных признаков родителей у потомства, возникшего путем бесполого или полового размножения.

Существуют определенные механизмы передачи наследственной информации из поколения в поколение, причем эти механизмы одинаковы для всех видов. В этом проявляется наследственность. Но потомки, будучи похожи на родителей, всегда чем-то отличаются от них. В этом состоит явление изменчивости, основные законы которой тоже являются общими для всех видов.

Закодирована наследственная информация в молекулах ДНК и РНК.

1.7 Рост. Объекты неживой природы, например, кристаллы или сталактиты, растут, присоединяя новое вещество к наружной поверхности.

Живые организмы растут изнутри за счет питательных веществ, которые поступают в организм в процессе питания. В результате ассимиляции этих веществ образуются новые вещества, новая живая протоплазма.

Эти семь главных признаков живого более или менее выражены у любого организма и служат единственным показателем того, жив он или мертв.

В отличие от живой материи неживое под действием внешних условий разрушается.

2 Свойства живых организмов

2.1 Обмен веществ. Все живые организмы обладают способностью извлекать, преобразовывать и использовать энергию окружающей среды либо в виде питательных веществ, либо в форме солнечного излучения. Во внешнюю среду они возвращают продукты распада и преобразованную энергию в виде тепла. То есть организмы способны к обмену веществом и энергией с окружающей средой.

Обмен веществ является одним из существенных критериев жизни. Это свойство отражено в определении жизни, которое сформулировал Ф.Энгельс более ста лет назад:

«Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».

В это определение вошли два важных положения:

А) жизнь тесно связана с белковыми веществами;

Б) непременным условием жизни является постоянный обмен веществ, с прекращением которого прекращается и жизнь.

Обмен веществ белкового тела имеет две стороны:

· Пластический обмен (анаболизм) – это совокупность реакций, обеспечивающих построение клетки и обновление ее состава.

· Энергетический обмен (катаболизм) – это совокупность реакций, обеспечивающих клетку энергией.

Анаболизм + катаболизм = обмен веществ (метаболизм)

Вещества, поступающие из окружающей среды в результате пластического обмена, превращаются в вещества данного организма, и из них строится тело организма. Таким образом, пластический обмен состоит из двух одновременно идущих процессов: непрерывного распада веществ – диссимиляции и непрерывного синтеза новых соединений, т.е. ассимиляции. Процессы диссимиляции и ассимиляции едины и не существуют отдельно друг от друга. В результате этих процессов живой организм все время меняется, но при этом сохраняет свою определенную структуру.

Для ассимиляции, т.е. образования нового сложного вещества, кроме «строительного материала» - разнообразных химических соединений, необходима также энергия. Эту энергию дают, в первую очередь, процессы распада, т.е. процессы диссимиляции. При этом происходит расщепление сложных органических соединений на более простые, которые окисляются до конечных продуктов, как правило, до углекислого газа и воды с выделением энергии. Все это происходит в процессе энергетического обмена – катаболизма.

Живому организму энергия требуется не только для создания новых веществ тела, но и для различных видов деятельности: работа мышц, желез, нервных клеток и др., высшим животным – для поддержания постоянной температуры тела.

Чем больше нагрузка на организм, и чем больше затрачивается энергии, тем большее количество питательных веществ должно поступать. Людям тяжелого физического труда, спортсменам при больших нагрузках необходимо усиленное питание. Несоответствие между поступающей энергией в виде питательных веществ и затрачиваемой организмом ведет к увеличению веса и заболеваниям.

Обмен веществ обеспечивает устойчивость и постоянство химического состава клетки и всего организма, а, следовательно, и их деятельность.

Динамические системы, в которых непрерывно протекают химические реакции за счет поступающих извне веществ и энергии, а продукты распада отводятся, называются открытыми системами .

Живой организм – это открытая система, т.к. он существует до тех пор, пока в него поступает пища, а также энергия из внешней среды, а некоторые продукты обмена выделяются.

Живые организмы обладают встроенной системой саморегуляции, которая поддерживает процессы жизнедеятельности и препятствует неупорядоченному распаду структур и выделению энергии. Это тесно связано с процессом обмена веществ.

Способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять динамическое постоянство состава и свойств называется гомеостазом

Гомеостаз – относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма.

Различают: а) физиологический гомеостаз – это генетически детерминированная способность организма сохранять свой статус в изменяющихся условиях внешней среды (у млекопитающих – способность сохранять постоянство осмотического давления в клетках и рН крови);

б) гомеостаз развития - это генетически детерминированнаяспособность организма так изменять отдельные реакции, что функции организма при этом в целом сохраняются. (У человека при удалении одной почки оставшаяся выполняет двойную нагрузку)

2.2 Способность к самовоспроизведению – это второе обязательное свойство живого.

Время жизни всех живых систем, от молекулярных структур (вирусы, прионы) до высокоорганизованных многоклеточных организмов, ограничено.

Самовоспроизведение осуществляется на всех уровнях организации живой материи – от макромолекул до организма. Благодаря этому свойству клеточные структуры, клетки и организмы сходны по строению со своими предшественниками.

В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, на основе информации, заложенной в нуклеиновой кислоте ДНК. Самовоспроизведение тесно связано с явлением наследственности: любое живое существо рождает себе подобных.

Материальной основой генетических программ являются нуклеиновые кислоты: ДНК РНК белок

Белок является функциональным исполнительным механизмом, который регулируется нуклеиновой кислотой. Этому соответствует одно из современных определений жизни, данное в 1965 г. советским ученым М.В.Волькенштейном: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот».

2.3 Изменчивость – это свойство, противоположное наследственности. Оно связано с приобретением организмами новых признаков и свойств. В основе изменчивости лежат мутации – нарушение процесса самовоспроизведения ДНК. Изменчивость создает материал для естественного отбора.

2.4 Свойством живых организмов является способность к историческому развитию и изменению от простого к сложному. Этот процесс называется эволюцией. В результате эволюции возникло все многообразие живых организмов, приспособленных к определенным условиям существования.

Некоторые исследователи к основным свойствам живых организмов относят также: а)единство химического состава (98% - С, N, О, Н);

б)сложность и высокую степень организации , т.е. усложненное внутреннее строение, но в настоящее время обнаружены живые организмы, образованные одной молекулой – прионы – белки.

2.5 Уровни организации живой материи

Для живой природы характерны разные уровни организации ее структур, между которыми существует сложное соподчинение.

Жизнь на каждом уровне изучается соответствующими отраслями биологии. Например, вирусы – вирусология, растения – ботаника и т.д.

В настоящее время выделяют следующие уровни организации живой материи.

· Самый нижний, наиболее древний уровень - молекулярный , или уровень молекулярных структур.

· Любая, даже самая сложная, живая система проявляется на уровне функционирования биологических молекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов и других органических веществ. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ, превращение энергии, передача наследственной информации. На этом уровне проходит граница между живым и неживым.

· Клеточный уровень. Клетка – это структурная и функциональная единица, а также единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это правило, так как они могут проявлять свои свойства живых систем только в клетках.

· Тканевый уровень характерен для многоклеточных организмов. Ткань представляет собой совокупность сходных по строению клеток, соединенных выполнением общих функций.

· Органный уровень. У большинства живых организмов орган – это структурно-функциональное объединение нескольких типов тканей. Например, кожа, как орган, включает эпителий и соединительную ткань, которые вместе выполняют целый ряд функций, среди которых наиболее значительная – защитная.

· Иногда 3 и 4 уровни объединяют в один – органно-тканевый, или уровень целостного организма.

· Организменный уровень. Многоклеточные организмы представляют собой целую систему органов, которые строго специализированы по выполняемым функциям. На организменном уровне изучаются процессы и явления, происходящие в особи – механизмы согласованной работы ее органов и систем, а также роль различных органов в жизнедеятельности организма, приспособительные изменения и поведение организмов в различных экологических условиях.

· Популяционно-видовой уровень. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию, как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие эволюционные преобразования.

· Вид – совокупность популяций особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенную нишу – ареал.

· Популяция (от латинского populus – народ, население) – это совокупность особей одного вида, длительно занимающая определенное пространство и воспроизводящая себя в течение большого числа поколений.

· Если продолжительность жизни любого живого организма определена генетически, и они неизбежно умирают, исчерпав запрограммированные возможности своего развития, то популяция способна при подходящих условиях среды развиваться сравнительно долго. В результате этого возможны эволюционные изменения.

· 7 Уровень биогеоценозов.

· Биогеоценоз – это совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами среды обитания. Т.е. это сообщество всех видов живых существ, населяющих ту или иную территорию или акваторию. На этом уровне действуют законы межвидовых отношений.

· На этом уровне изучаются взаимоотношения организма и среды, миграция живого вещества, пути и закономерности протекания энергетических кругооборотов и др.

· 8 Биосферный. Это самый высокий уровень организации живой материи на нашей планете. Биосфера представляет собой совокупность всего живого, населяющего Землю.

· Таким образом, живая природа представляет собой сложно организованную иерархическую систему. Законы, характерные для более высоких уровней организации живого мира, не исключают действия законов, присущих более низким уровням.

· Общая биология изучает законы, характерные для всех уровней организации жизни.

3 Биологическая терминология и единицы измерения

В биологии существует множество названий и терминов, с помощью которых обозначают различные виды и группы растений и животных, их морфологические структуры и функциональные механизмы, а также взаимоотношения между ними.

Для того чтобы обеспечить максимальную точность и иметь терминологию, понятную ученым всех стран, биологи обычно пользуются, где это возможно, латинскими словами, а при создании новых терминов используют латинские или греческие корни, придавая слову в целом латинизированную форму.

Пикограммах (1 пг = 10г).

Используют также дальтон – это единица молекулярной массы, равная массе атома водорода.

Если мы посмотрим вокруг себя, то увидим, что окружающий нас мир представляет собой совокупность самых разнообразных явлений, вещей и предметов. Все они характеризуются различными свойствами. Некоторые из них достаточно просты, другие наоборот сложны. Какие-то имеют микроскопические размеры, а какие-то огромны. Для того чтобы понять сущность этих вещей, предметов или явлений порой достаточно наших органов чувств. А постигнуть сущность других нам может помочь только абстрактное мышление.

Однако, не смотря на все свое многообразие все предметы, вещи и явления окружающего мира имеют и одну общую, саму главную черту – все они не зависят от сознания людей. В этом и заключается основное свойство материи. Таким образом, можно сказать, что материя – это объективная реальность.

Основные свойства материи

В настоящее время выделяют следующие уровни организации материи:

1. Поля и элементарные частицы;
2. Атомы и молекулы;
3. Газы, жидкости и все макротела;
4. Различные космические объекты (туманности, галактики и т.д.);
5. Объекты живой природы (биологический уровень);
6. Общество или социальный уровень.

Свойства материи, вне зависимости от того к какому уровню ее относят, имеют много общего. К таким свойствам относятся: время, пространство и движение. Именно эти свойства и обеспечивают бытие материи.

Материя бесконечна и вечна, т.к. во времени она всегда была, есть и будет. Таким образом, можно сформулировать еще одно всеобщее свойство материи: любой вид материи является несотворимым и неуничтожимым. Материя не берется из ниоткуда и не исчезает в никуда, она просто переходит из одного состояния в другое. Это свойство материи нашло свое полное подтверждение в таких хорошо известным всем нам законах как закон о сохранении массы или энергии. В соответствии с ними какой-то один вид материи может исчезнуть, но тут же, появятся ее другие виды, причем в точном количественном соотношении.

Еще одним общим свойством любой материи является отражение. Смысл этого понятия заключается в том, что различные виды материи взаимодействуют между собой, что приводит к возникновению их изменений. Наиболее простым примером этого является появление следов на снегу или изморози на оконном стекле.

Свойства живой материи

Одним из самых сложных уровней организации материи является биологический уровень. Отличительными свойствами живой материи от неживой являются:

• Возможность самовоспроизведения. Любой вид биологической материи может производиться не один раз, благодаря наличию информации, закодированной в молекулах ДНК;
• Саморегуляция процессов жизнедеятельности. Процесс синтеза и распада веществ внутри клеток регулируется ферментами, которые клетка самостоятельно вырабатывает;
• Рост. Он осуществляется за счет увеличения числа и размеров клеток;
• Иерархичность организации. Единицей биологического существа является клетки. В свою очередь клетки образуют ткани, ткани – органы, а органы – системы органов;
• Обмен веществ и энергии;
• Питание. Получение из внешней среды веществ и энергии, которые необходимы для поддержания жизнедеятельности;
• Дыхание;
• Раздражимость. Все живые существа способны реагировать на изменяющиеся условия внутренней и внешней среды, что обеспечивает стабильность их жизнедеятельности. Фактически раздражимость – это есть проявление еще одного общего свойства материи – отражения;
• Гомеостаз. Все живые организмы обитают в среде, в которой постоянно происходят какие-либо изменения. Однако внутри клеток с помощью особых авторегулирующих механизмов поддерживается интенсивность протекания физиологических процессов и постоянство химического состава;
• Движение. Всем живым существам свойственна способность к движению. Хотя оно может иметь различные механизмы и протекать с различной скоростью.

Свойства высокоорганизованной материи

К высокоорганизованной материи относят головной мозг человека. Одним из главных его свойств является способность отражать окружающий нас мир, т.е. сознание. Именно благодаря этому свойству у человека возникают мысли и эмоции, возникает способность к размышлению, познанию окружающей действительности, к преобразовательно-практической деятельности.

Еще одним свойством высокоорганизованной материи является память. По своей сути она есть еще одно проявление сознания.

Особым свойством организованной материи можно назвать психику человека. Благодаря этому свойству, люди наделены способностью, не просто получать информацию об окружающей действительности, но и на основании этого регулировать свою внутреннюю среду, особенности поведения. Все это позволяет человеку приспосабливаться проживанию в постоянно изменяющихся условиях. Если сказать проще, то свойства высокоорганизованной материи позволяют нам правильно реагировать на все изменения окружающей среды, вырабатывать новые дополнительные формы взаимодействия с тем, что нас окружает. При этом эти формы взаимодействия гораздо более выгодные, гибкие и обширные для развития и существования, чем у живых организмов, которые ограничены с внешней средой только физиологическими отношениями.

Объекты живой природы состоят из «неживых» молекул. Если эти молекулы выделить и каждый их вид исследовать в отдельности, то можно убедиться, что они подчиняются всем законам физики и химии, описывающим поведение неодушевленной материи. Тем не менее живые организмы обладают необычными свойствами, отсутствующими в скоплениях неживых молекул. Если мы поближе познакомимся с этими особыми свойствами, то нам станут более понятны те основные вопросы, ответы на которые пытается найти биохимия.

1.1. Для живой материи характерны некоторые отличительные особенности

Одна из наиболее примечательных особенностей живых организмов - это их сложность и высокая степень организации. Они характеризуются усложненным внутренним строением и содержат множество различных сложных молекул. Живые организмы представлены миллионами разных видов, тогда как окружающая нас неживая материя - глина, песок, камни, вода - состоит из неупорядоченных смесей сравнительно простых химических соединений.

Вторая особенность живых организмов заключается в том, что любая составная часть организма имеет специальное назначение и выполняет строго определенную функцию. Это относится не только к макроскопическим структурам и, в частности, к органам, таким, как сердце, легкие или мозг, но и к микроскопическим внутриклеточным структурам, таким, как клеточное ядро. Даже индивидуальные химические соединения, содержащиеся в клетке, например белки или липиды, наделены специальными функциями. Поэтому вполне правомерен вопрос о том, для какой цели понадобилась живому организму та или иная молекула или химическая реакция, тогда как спрашивать о функции различных химических соединений, входящих в состав неживой материи, абсолютно бессмысленно.

Третья особенность живого, благодаря которой мы ближе подходим к сути жизненных процессов, состоит в том, что живые организмы обладают способностью извлекать, преобразовывать и использовать энергию окружающей их среды - либо в форме органических питательных веществ, либо в виде энергии солнечного излучения. Эта энергия позволяет организмам создавать собственные богатые энергией сложные структуры и поддерживать их целостность. Кроме того, за счет этой энергии организмы выполняют механическую работу при передвижении; она также дает возможность осуществлять перенос различных веществ через мембраны. Живые организмы никогда не бывают в состоянии равновесия - это касается как процессов, идущих в самих организмах, так и их взаимодействия с окружающей средой. Неживая материя, напротив, неспособна к целенаправленному использованию энергии для поддержания своей структуры и выполнения работы.

Рис. 1-1. Некоторые характерные особенности живой материи - «признаки жизни». А. Поперечный срез фотосинтезирующей клетки, на котором видна ее тонкая и сложная структура: темные образования - это хлоропласты, содержащие тысячи молекул хлорофилла, ориентированных так, чтобы они могли улавливать солнечную энергию. Б. Длинный хоботок бабочки бражника в результате длительной биологической эволюции оказался приспособленным к извлечению нектара из цветков с длинным раструбом. В. Дельфины, питающиеся мелкой рыбой, преобразуют химическую энергию пищевых продуктов в мощные импульсы мышечной энергии. Г. Биологическое сомовоспроизведение происходит с почти идеальной точностью.

Предоставленная самой себе, она постепенно разрушается и со временем переходит в неупорядоченное состояние; при этом устанавливается равновесие с окружающей средой.

Но самая поразительная особенность живых организмов - это их способность к точному самовоспроизведению - свойство, которое можно считать поистине квинтэссенцией живого состояния. Известные нам смеси веществ, входящие в состав неодушевленных предметов, не проявляют способности к росту и воспроизведению, обеспечивающему сохранение из поколения в поколение одинаковой формы, массы и внутренней структуры этих предметов.

Занятие №1.

Тема занятия: Введение. Свойства живой материи. Уровневая организация живой природы.

Основные задачи.

рассмотреть объект изучения биологии - живую природу, методы познания живой природы и многообразие живых организмов;

изучить признаки живых организмов, свойства живой материи и их сущность, общие закономерности биологии (самообновление, саморегуляция, самовоспроизведение);

познакомить обучающихся с уровневой организацией живой природы;

выяснить роль биологии в формировании современной естественно - научной картины мира, в практической деятельности людей и медицине.

Тип занятия: изучение нового материала.

Планируемые предметные результаты:

обучающийся должен:

знать объект изучения биологии, методы познания живой природы и многообразие живых организмов;

уметь показать роль биологии в формировании современной естественно - научной картины мира, в практической деятельности людей и медицине;

иметь представление о признаках живых организмов, свойствах живой материи и их сущности, общих закономерностях биологии (самообновлении, саморегуляции, самовоспроизведении), а также об уровневой организации живой природы.

Междисциплинарные связи: математика, физика, химия, геология, история.

Внутридисциплинарные связи: ботаника, зоология, анатомия и физиология.

Ход занятия.

• Организационный момент.

  Изложение нового материала.

Изучение живой природы всегда было важнейшей стороной деятельности человека. Сначала от этого зависела жизнь людей, поскольку необходимо было знать, какие из миллионов видов организмов, населяющих Землю, можно использовать в пищу, для изготовления одежды, в качестве лекарственных средств. Лишь намного позднее люди стали изучать природу с научными целями. Одними из первых попытку осмыслить и привести в систему знания о живой природе предприняли древнегреческие, а позднее древнеримские философы и врачи. Труды Гиппократа, Аристотеля, Галена и других ученых положили начало ботанике, зоологии, анатомии и физиологии человека.

Начиная с XVII века, наряду с наблюдением и описанием организмов и природных явлений, в науке стали применять методы количественных измерений и эксперимент. В этот период активно развивалась ботаника: появились первые травники, создавались ботанические сады и гербарии.

В XVIII веке было накоплено много знаний о растениях и животных. Назрела необходимость их систематизировать. Так появилась наука систематика . А изучением живых организмов занималась естественная история.

Естественная история стала предшественницей биологии - науки, изучающей жизнь. Биология, наряду с физикой, химией, астрономией, вошла в число естественных наук, получивших название - естествознание .

Дальнейшее развитие биологическая наука получила в связи с появлением микроскопа. Это изобретение позволило учёным внедриться в тайны микромира. В XIX веке в биологии были сделаны крупнейшие теоретические обобщения: создана клеточная теория, установлены основные закономерности наследственности и изменчивости. Переворот в биологии произвело учение Ч. Дарвина о закономерностях эволюции.

В последние десятилетия значительно расширилось использование достижений биологической науки в различных областях социальной жизни, существенно возросла её роль в формировании культуры личности и общества в целом. В настоящее время биология стала основой для определения оптимальных способов воздействия человека на природу, для разработки мер в целях сохранения и укрепления здоровья человека, увеличения продолжительности его жизни. Исследования в области молекулярной биологии и биотехнологии показали, что на основе познания возможно не только изменение и преобразование природы, но её сохранение и даже воссоздание. Сегодня стало возможным получение генетических копий существующих индивидов млекопитающих и идентификация личности на основе изучения хромосомного набора клетки. Взаимодействие биологии с другими сферами культуры порождает новые области знания: биоэтику, биополитику, биоэстетику.

Основные задачи современной биологии следующие:

выявление общих свойств живых организмов;

объяснение причин их многообразия;

раскрытие связей между строением организмов и условиями окружающей среды;

выяснение проблем возникновения и развития жизни.

К методам , широко применяемым в биологической науке, относят:

наблюдение - это целенаправленное восприятие явлений;

описание - это фиксация средствами естественного или искусственного языка (например, математическими символами) сведений об изучаемом объекте;

измерение - это совокупность действий по нахождению числового значения измеряемой величины;

эксперимент - это метод познания, с помощью которого в специально созданных и контролируемых условиях исследуются явления природы;

метод сравнения - позволяет через сопоставление изучать сходство и различие в строении и функциях организмов и их частей.

исторический метод - позволяет выяснить последовательность появления и развития организмов в истории развития жизни на Земле;

метод моделирования - позволяет изучать какой - либо объект, процесс или явление на основе исследования его копии (модели), замещающей оригинал.

Система биологических наук. Многообразие явлений и процессов, происходящих в живой природе, столь велико, что правильнее говорить о системе биологических наук. В эту систему входят научные дисциплины, которые изучают систематические группы организмов; уровни организации живой материи; строение, свойства и особенности индивидуальной жизни организмов; структуру, свойства и проявления коллективной жизни групп организмов и др.

Исследованиями систематических групп организмов занимаются: вирусология (наука о вирусах), микробиология (наука о микроорганизмах), микология (наука о грибах), ботаника (наука о растениях), зоология (наука о животных); антропология (наука о человеке). Каждая из перечисленных наук подразделяется на частные дисциплины. Так, строение организмов изучают морфология и анатомия, процессы жизнедеятельности исследует физиология, а распространение растений и животных - соответственно фитогеография и зоогеография.

Уровни организации живого исследуют научные дисциплины: молекулярная биология - наука, изучающая проявление свойств жизни на молекулярном уровне; цитология - наука о строении и жизнедеятельности клетки; гистология - наука о тканях и др.

В системе биологических наук вычленяют науки о развитии живой материи. Например, эмбриология изучает процессы предзародышевого развития, или процессы оплодотворения, зародышевого и личиночного развития организмов. Наука, изучающая ископаемые организмы и условия их жизни, называется палеонтологией. Теория эволюции представляет собой комплекс знаний об историческом развитии живой природы.

Изучением живых организмов и их сообществ, взаимодействующих между собой и с окружающей средой, занимается экология.

Многие явления жизни подчиняются законам физики и химии. Вещества, входящие в состав живых организмов, и пути превращения биологических молекул изучает биохимия. Физические процессы и явления, характерные для живых организмов, исследует биофизика.

Биология изучает общие и частные закономерности и свойства организмов и живой природы в целом. Универсальные для всего живого закономерности изучает общая биология. Традиционно общая биология включает цитологию, основы индивидуального развития организмов, молекулярную биологию, генетику, селекцию, эволюционное учение, антропогенез, основы экологии, учение о биосфере.

В зависимости от того, в какой сфере человеческой деятельности применяются биологические знания, вычленяют такие научные дисциплины, как биотехнология, разрабатывающая методы использования биологических процессов и систем в производстве; генная инженерия, селекция микроорганизмов, агробиология, медицинская биология, космическая биология и др.

Итак, науку в целом и биологию в частности рассматривают как способ познания мира. Объектом биологической науки может выступать любая система любого уровня организации живой материи.

Уровни организации живого. Во всем многообразии живой природы можно выделить несколько уровней организации живого:

Молекулярный уровень. Любая живая система, как бы просто или сложно она ни была организована, состоит из макромолекул нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов и других важных органических соединений. На молекулярном уровне проявляются обмен веществ и превращение энергии, происходит передача наследственной информации.

Клеточный уровень. Клетка - структурно-функциональная единица, а также единица размножения всех живых организмов, обитающих на Земле. На клеточном уровне происходят процессы жизнедеятельности: рост, развитие, передача информации, превращение веществ и энергии.

Организменный уровень. Элементарная единица организменного уровня - особь. Любая особь (организм) - это живая система. В другой форме жизнь на нашей планете не существует. Организмы бывают одноклеточными и многоклеточными. Многоклеточные организмы состоят из множества клеток. Клетки, сходные по происхождению, строению и выполняемым функциям, образуют ткани. Из тканей формируются органы . Иногда вычленяют тканевый и органный уровни как промежуточные между клеточным и организменным уровнями.

Популяционный уровень. Совокупность особей одного и того же вида, обитающих на общей территории, образует популяцию . Популяция - надорганизменная система, в которой происходят элементарные эволюционные процессы.

Биогеоценотический уровень. Популяции различных видов растений, животных, грибов, бактерий, взаимосвязанных между собой и проживающих на ограниченном участке земной поверхности с однородными условиями, составляют биогеоценоз . Основная функция биогеоценоза - накопление и перераспределение энергии между ее членами, а также осуществление круговорота веществ.

Биосферный уровень. Биосферу можно рассматривать как совокупность всех биогеоценозов, как систему, охватывающую все процессы, связанные с жизнью на нашей планете.

Все уровни живой природы взаимосвязаны и подчиняются общим

закономерностям существования. Каждый предыдущий уровень - структурная единица последующего, что свидетельствует о целостности и дискретности живой природы.

Основные свойства живых систем. Живые организмы могут быть рассмотрены как особые системы.

Открытость живой системы означает ее способность существовать только при условии постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой. Подавляющее большинство живых организмов использует энергию солнечных лучей. Зеленые растения потребляют эту энергию для синтеза органических веществ, необходимых как самим растениям, так и другим организмам, живущим на Земле. Все организмы используют энергию, содержащуюся в пище, для поддержания своей жизнедеятельности, роста и размножения.

Свойство саморегуляции связано со способностью любой живой системы поддерживать постоянство состава своей внутренней среды, т.е. с гомеостазом. Организмам свойственно относительное постоянство химического состава, их физико-химических особенностей. Это важнейшее условие для сохранения функций живой системы при изменении условий окружающей среды.

Преемственность жизни обеспечивается способностью организмов к самовоспроизведению. Все живое способно к размножению. Новые организмы возникают в результате размножения таких же организмов.

Самовоспроизведение тесно связано с явлением наследственности - способности организмов передавать свои признаки и свойства из поколения в поколение.

Свойство, противоположное наследственности и тесно взаимосвязанное с ней, - изменчивость . Изменчивость проявляется в способности организмов приобретать новые признаки. Благодаря изменчивости организмы могут приспосабливаться к изменяющимся условиям среды, т.е. адаптироваться.

Другие важные свойства живого - рост и развитие. Рост характеризуется изменением количественных параметров: увеличением размера и количества клеток, увеличением массы тела. Рост происходит благодаря усвоению питательных веществ и сопровождается развитием.

Неотъемлемая черта всего живого - раздражимость, которая проявляется в способности живых систем (клетка, орган, организм) отвечать специфическими реакциями на определенные внешние воздействия. Любые внешние воздействия можно рассматривать как информацию о чём-то.

Важнейшими свойствами живого следует считать целостность и дискретность. С одной стороны, живая природа целостна, так как представляет собой систему взаимосвязанных частей, организована определённым образом и подчиняется общим законам. С другой стороны, органический мир дискретен, так как состоит из изолированных единиц - организмов, или особей. Каждый организм также дискретен, поскольку образован изолированными, хотя и взаимодействующими органами, тканями, клетками. Вот почему любой организм представляет собой целостную систему.

• Рефлексия.

Что изучает биология? Докажите, что биология - это наука.

Перечислите известные вам методы биологии.

Какие практические задачи решает биология?

Домашнее задание: стр. 4 - 15; сделать схему, отражающую три системы (ступени) и уровни организации жизни для каждой системы; оформить в тетради.