Структурные уровни живого

Структурный, или системный, анализ показывает, что мир живого чрезвычайно многообразен, имеет сложную структуру. На основе разных критериев могут быть выделены различные уровни или системы организации живого мира. Самым распространенным является выделение на основе критерия масштабности следующих уровней организации живых систем:

1. Молекулярный уровень, который составляет предмет изучения молекулярной биологии. Важнейшей проблемой является изучение механизмов передачи генной информации и ее практическое использование при помощи генной инженерии и биотехнологии.

2. Клеточный и субклеточный уровни, отражающие процессы функционирования клеток и внутриклеточные механизмы.

Стр. 66

3. Организменный и органо-тканевый уровни, отражающие строение, физиологию, поведение и индивидуальность отдельных особей, функции и строение органов и тканей живых существ.

4. Популяционно-видовой уровень, который ограничивается особями одного вида, свободно скрещивающимися между собой. Этот уровень составляет ядро исследований эволюции живого, его исторического развития.

5. Уровень биогеоценозов, включающий ступень структуры живого, состоящую из участков Земли с определенным составом живых и неживых компонентов, представляющих собой единый природный комплекс, экосистему. Рациональное использование природы невозможно без знания структуры и функционирования биогеоценозов, или экосистем.

6. Биосферный уровень, включающий всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой.

Два главных компонента биосферы - живые организмы и среда их обитания - непрерывно взаимодействуют между собой и находятся в тесном органическом единстве, образуя целостную динамическую систему [2].

5.3.1. Молекулярно-генетический уровень

Классическая менделевская генетика поставила перед современной наукой о наследственности самые главные вопросы: что такое ген, как он контролирует развитие признаков, как изменяются ген и генотип, каким образом происходит развитие популяций и возникновение новых видов?

Первый закон Менделя касается единообразия первого поколения гибридов. Второй закон (закон расщепления) отражает появление в потомстве доминантных и рецессивных генов в определенных численных соотношениях. Третий закон Менделя фиксирует независимое комбинирование признаков.

Носителями наследственной информации, согласно современным представлениям, являются хромосомы и гены. Они были открыты в конце XIX в.

Одним из величайших прорывов науки в познании структуры живой материи на молекулярно - генетическом уровне стала публикация в 1953 г. работы американского биохимика Д. Уотсона и английского биофизика Ф. Крика, в которой раскрывалась структура носителя наследственности всего живого на Земле - молекулы ДНК.

Стр. 67

Основу гена составляют нуклеиновые кислоты ДНК (дезоксирибонук-леиновая кислота) и-РНК (рибонуклеиновая кислота) - сложные органиче-ские соединения, состоящие из углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора. Нуклеиновые кислоты представляют собой фосфорсодержащие биополимеры, имеющие универсальное распространение в живой природе. Рентгеноструктурные исследования и анализ результатов на ЭВМ показали, что ДНК (рис. 14) состоит из двух цепей, правозакрученных между собой так, чтобы сохранялись определенные углы между разными атомными группировками. Таким образом, ДНК - двойная спираль, составленная из аминокислот белков.

Рис. 14. Молекула ДНК (показана плотная одномерная структура)

Нуклеиновые кислоты, являющиеся носителями информации, выполняют три функции: 1) хранение информации; 2) реализацию ее в процессе роста новых клеток; 3) самовоспроизведение.

Стр. 68

Сходство и различие живых тел определяются набором белков. Путем синтеза различных белков в соответствии с генетическим кодом реализуется многообразная информация о свойствах организма.

Участок молекулы ДНК, служащий матрицей для синтеза белка, называется геном.

Ген представляет собой внутриклеточную молекулярную структуру. Гены располагаются, как правило, в ядрах клеток и являются своего рода «мозговыми центрами» клеток.

У высших организмов гены входят в состав хромосом - самовоспроизводящихся структур, постоянно присутствующих в ядрах клеток животных и растений и участвующих в процессе размножения.

Гены располагаются в хромосомах в линейном порядке. Самоудвоение и распределение хромосом при клеточном делении обеспечивают передачу наследственных свойств организма от поколения к поколению. Хромосомы различимы в виде четких структур под микроскопом во время деления клеток. Каждая хромосома имеет специфическую форму и размер.

Например, у человека из 23 пар хромосом 22 пары одинаковы у мужского и женского организмов, а одна пара различна. Именно благодаря этой паре хромосом, называемых половыми хромосомами, различаются два пола. Половые хромосомы у женщины одинаковые, их назвали Х-хромосомами. У мужчин кроме Х-хромосом имеется У-хромосома, которая и играет решающую роль при определении пола.

Совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данной растительной или животной клетки, называется геномом.

Процесс воспроизводства состоит из трех частей: репликации, транскрипции, трансляции. Репликация - это удвоение молекул ДНК, необходимых для последующего деления клеток. Основой способности клеток к самовоспроизведению является уникальное свойство ДНК самокопироваться и строго равноценное деление репродуцированных хромосом. Это служит условием деления клетки на две идентичные.

При репликации ДНК разделяется на две цепи, после чего вдоль каждой цепи из нуклеотидов, свободно пребывающих внутри клетки, выстраивается еще одна цепь, идентичная матричной (рис. 15).

Транскрипция представляет собой перенос кода ДНК путем образования одноцепочной молекулы информационной РНК на одной нити ДНК.

Стр. 69

Информационная РНК - это копия части молекулы ДНК, состоящая из одного или группы рядом лежащих генов, которые несут информацию о структуре белков.

Трансляция - это синтез белка на основе генетического кода информационной РНК в особых частях клетки - рибосомах, куда транспортная РНК доставляет аминокислоты.

5.3.2. Клеточный уровень живого

Клетка является основной элементарной единицей жизни, способной к воспроизведению. Именно в ней протекают все главнейшие обменные процессы, такие как биосинтез, энергетический обмен и др. Поэтому начало биологической эволюции и появление подлинной жизни связано с возникновением клеточной организации.

Стр. 70

Самыми ранними из возникших на Земле одноклеточных организмов были бактерии, не обладавшие ядром (прокариоты). Вероятно, они жили за счет потребления органических соединений, возникающих абиогенно (из косной материи) под действием электрических разрядов и ультрафиолетовых лучей. Организмы, обладающие ядром (эукариоты), возникли гораздо позднее (около 1,5 млрд лет назад). Кроме строения клетки, различие между прокариотами и эукариотами заключается в том, что первые могут жить как в бескислородной среде, так и в атмосфере, содержащей кислород, в то время как для эукариот почти во всех случаях необходим кислород.

Существенным отличием прокариот от эукариот является то, что у последних центральным механизмом обмена стало дыхание, а у большинства прокариот энергетический обмен происходит в процессе брожения.

После появления в атмосфере достаточного количества свободного кислорода аэробный механизм оказался намного выгодней, так как при окислении углеводов выход биологически полезной энергии увеличивается в 18 раз по сравнению с брожением

Крупным шагом в процессе эволюции стало возникновение у организмов фотосинтезирующей способности. Около 3 млрд лет назад обеднение среды органическими азотистыми соединениями вызвало появление живых существ, способных использовать атмосферный азот. При помощи фотосинтеза произошло насыщение атмосферы кислородом в количестве, достаточном для возникновения и развития организмов, у которых энергетический обмен основан на процессе дыхания. Появление значительной концентрации кислорода привело к образованию в верхней части атмосферы озонового слоя, защищавшего жизнь на Земле от губительного воздействия излучения из космоса.

5.3.3. Организменный уровень живых систем

Следующей ступенью эволюции после появления одноклеточных стало возникновение и совершенствование многоклеточных организмов.

На промежуточной стадии между одноклеточными организмами и примитивными многоклеточными возникли колониальные одноклеточные. При дальнейшем развитии произошла специализация клеток членов колонии по принципу разделения на осуществляющих функции питания и движения (жгутики) и служащих для размножения (генеративные). Последующая специализация потребовала образования центра координации, т. е. нервного центра. Возникает хорошо выраженная централизованная нервная система. Одновременно совершенствуются способы полового размножения: переход к внутреннему оплодотворению у растений и живорождению у животных.

Стр. 71

Для животных конечным этапом эволюции многоклеточной организации стало появление организмов с поведением «разумного типа» и в финале - возникновение человека.

Всех многоклеточных подразделяют на три царства: грибы, растения и животные. Об эволюции грибов известно мало, поскольку они почти не оставили шшеонотологических следов. Эволюцию растений и животных можно проследить довольно подробно.

Среди основных особенностей эволюции растительного мира отметим следующие:

• большинство из первичных растений свободно плавало в морской воде или прикреплялось ко дну;

• с образованием почвы произошел выход растений на сушу. Организм растения для прикрепления к суше обретает корень, стебель и лист, развивается сосудистая проводящая система, защитные и опорные ткани;

• возникает независимое от капельно-водной среды половое размножение;

• происходит переход от наружного оплодотворения к внутреннему, появляется двойное оплодотворение, зародыш обеспечивается запасами питательных веществ;

• органы размножения и перекрестного опыления у цветковых совершенствуются с эволюцией насекомых. Развивается зародышевый мешок для защиты эмбриона от неблагоприятных влияний внешней среды. Возникают разные способы распространения семян и плодов с помощью широкого спектра физических и биологических факторов.

История животных изучена наиболее полно. Самые ранние следы животных имеют возраст около 700 млн лет. Предполагается, что первые животные произошли либо от общего ствола всех эукариот, либо от одной из групп древнейших водорослей. За всю историю животного миравозникло 35 типов, из которых 9 вымерли, а 26 существуют до сих пор. Наиболее существенные черты эволюции заключаются в следующем:

1. Прогрессивное развитие многоклеточности и в соответствии с этим специализация тканей и всех систем органов. Способность к перемещению в значительной степени определила совершенствование форм поведения.

2. Возникновение у животных твердого скелета: у позвоночных -внутреннего, у членистоногих - внешнего. Такое разделение определило разные пути эволюции этих типов животных. Наружный скелет членистоногих препятствовал увеличению размеров тела, поэтому все насекомые представлены сравнительно мелкими формами. Внутренний скелет не ограничивал увеличение размеров тела у позвоночных, поэтому динозавры достигали огромной величины.

Стр. 72

3. Появление и совершенствование организации животных (от кишечнополостных до млекопитающих). На этой стадии разделились насекомые и позвоночные. За счет развития центральной нервной системы у насекомых совершенствуются формы поведения по пути наследственного закрепления инстинктов. У позвоночных развивается головной мозг и система условных рефлексов, наблюдаются ярко выраженные тенденции к повышению средней выживаемости отдельных особей.

4. Финальной стадией эволюции позвоночных стало развитие группового адаптивного поведения; формирование разума как высшей формы деятельности мозга; возникновение биосоциального существа, носителя разума - человека.

Дата добавления: 2014-11-29