Лекція № 2 Загальна характеристика живого
1 Відмінні ознаки живої матерії
1.1 Харчування. Їжа потрібна всім живим організмам, так як вона служить джерелом енергії і інших речовин, необхідних для життєдіяльності. Рослини і тварини розрізняються головним чином за тим, як вони добувають їжу.
Майже всі рослини здатні до фотосинтезу, тобто вони самі утворюють необхідні речовини, використовуючи енергію світла. Фотосинтез - одна з форм автотрофного харчування:
6СО + 6Н О С Н О + 6О
Тварини і більшість мікроорганізмів харчуються по іншому: вони використовують готове органічна речовина, тобто речовина інших організмів. Ця речовина вони розщеплюють за допомогою ферментів і утворюють речовини свого тіла. Таке харчування називається гетеротрофним.
1.2Диханіе. Це процес окислення органічних речовин з виділенням енергії (АТФ виявлений у всіх живих клітинах).
З Н Про + 6О 6СО + 6Н Про + Q (кДж)
Енергія потрібна для всіх процесів життєдіяльності, тому основна маса живильних речовин використовується як джерело енергії. У процесі дихання енергія вивільняється при розщепленні деяких високоенергетичних сполук.
Завдяки цим двом процесам - харчуванню та диханню - організм підтримує свою цілісність, тобто впорядкованість всіх процесів, що протікають в цьому організмі.
1.3 Подразливість. Всі живі істоти здатні реагувати на зміну зовнішнього і внутрішнього середовища. Наприклад, на холоді кровоносні судини звужуються (гусяча шкіра), а при високій температурі розширюються, в результаті в атмосферу виділяється надлишкове тепло. Рослини тягнуться до світла (фотосинтез), тварини теж реагують на небезпеку - їжак, черепаха.
Подразливість - це універсальна властивість живого. Воно виробилося в процесі еволюції і допомагає живому організму вижити в умовах зовнішнього середовища.
1.4 Рухливість. Тварини відрізняються від рослин здатністю переміщатися в просторі з одного місця в інше, тобто вони можуть рухатися. Тваринам треба рухатися, щоб добувати собі їжу.
Для рослин рухливість не обов'язкова, тому що вони самі здатні синтезувати поживні речовини. Але у рослин має місце рух всередині клітин і рух цілих органів (листя кімнатних рослин, соняшник). Але швидкість цього руху значно менше, ніж у тварин.
У зв'язку з цим академік Вернадський виділив два види руху:
1 активний рух - переміщення на значні відстані;
2 пасивне рух - рух всередині тіла.
1.5Виделеніе. Виділення або екскреція - виведення з організму кінцевих продуктів обміну речовин. Тварини споживають багато білкових речовин, тому шлаки, утворені з білків, це азотисті сполуки.
1.6 Розмноження. Тривалість життя у кожного організму обмежена, але все живе в цілому безсмертне. Виживання виду забезпечується збереженням головних ознак батьків у потомства, що виник шляхом безстатевого або статевого розмноження.
Існують певні механізми передачі спадкової інформації з покоління в покоління, причому ці механізми однакові для всіх видів. В цьому проявляється спадковість. Але нащадки, будучи схожі на батьків, завжди чимось відрізняються від них. У цьому полягає явище мінливості, основні закони якої теж є загальними для всіх видів.
Закодована спадкова інформація в молекулах ДНК і РНК.
1.7 Зростання. Об'єкти неживої природи, наприклад, кристали або сталактити, ростуть, приєднуючи нову речовину до зовнішньої поверхні.
Живі організми ростуть зсередини за рахунок поживних речовин, які надходять в організм в процесі харчування. В результаті асиміляції цих речовин утворюються нові речовини, нова жива протоплазма.
Ці сім головних ознак живого більш-менш виражені у будь-якого організму і служать єдиним показником того, живий він чи мертвий.
На відміну від живої матерії неживе під дією зовнішніх умов руйнується.
2 Властивості живих організмів
2.1 Обмін речовин. Всі живі організми мають здатність витягувати, перетворювати і використовувати енергію навколишнього середовища або у вигляді поживних речовин, або у формі сонячного випромінювання. У зовнішнє середовище вони повертають продукти розпаду і перетворену енергію у вигляді тепла. Тобто організми здатні до обміну речовиною і енергією з навколишнім середовищем.
Обмін речовин є одним з істотних критеріїв життя. Це властивість відображено у визначенні життя, яке сформулював Ф. Енгельс понад сто років тому:
«Життя є спосіб існування білкових тіл, істотним моментом якого є постійний обмін речовин з навколишнім їх зовнішнім середовищем, причому з припиненням цього обміну речовин припиняється і життя, що призводить до розкладання білка».
До цього визначення увійшли два важливих положення:
А) життя тісно пов'язана з білковими речовинами;
Б) неодмінною умовою життя є постійний обмін речовин, з припиненням якого припиняється і життя.
Обмін речовин білкового тіла має дві сторони:
· Пластичний обмін (анаболізм) - це сукупність реакцій, що забезпечують побудову клітини і оновлення її складу.
· Енергетичний обмін (катаболізм) - це сукупність реакцій, що забезпечують клітину енергією.
Анаболизм + катаболізм = обмін речовин (метаболізм)
Речовини, що надходять з навколишнього середовища в результаті пластичного обміну, перетворюються в речовини даного організму, і з них будується тіло організму. Таким чином, пластичний обмін складається з двох одночасно йдуть процесів: безперервного розпаду речовин - дисиміляції і безперервного синтезу нових сполук, тобто асиміляції. Процеси дисиміляції і асиміляції єдині і не існують окремо один від одного. В результаті цих процесів живий організм весь час змінюється, але при цьому зберігає свою певну структуру.
Для асиміляції, тобто освіти нового складного речовини, крім «будівельного матеріалу» - різноманітних хімічних сполук, необхідна також енергія. Цю енергію дають, в першу чергу, процеси розпаду, тобто процеси дисиміляції. При цьому відбувається розщеплення складних органічних сполук на більш прості, які окислюються до кінцевих продуктів, як правило, до вуглекислого газу і води з виділенням енергії. Все це відбувається в процесі енергетичного обміну - катаболізму.
Живому організму енергія потрібна не тільки для створення нових речовин тіла, але і для різних видів діяльності: робота м'язів, залоз, нервових клітин і ін. Вищим тваринам - для підтримки постійної температури тіла.
Чим більше навантаження на організм, і чим більше витрачається енергії, тим більшу кількість поживних речовин повинно надходити. Людям важкої фізичної праці, спортсменам при великих навантаженнях необхідно посилене харчування. Невідповідність між надходить енергією у вигляді поживних речовин і витрачається організмом веде до збільшення ваги і захворювань.
Обмін речовин забезпечує стійкість і сталість хімічного складу клітини і всього організму, а, отже, і їх діяльність.
Динамічні системи, в яких безперервно протікають хімічні реакції за рахунок надходять ззовні речовин і енергії, а продукти розпаду відводяться, називаються відкритими системами.
Живий організм - це відкрита система, тому що він існує до тих пір, поки в нього надходить їжа, а також енергія із зовнішнього середовища, а деякі продукти обміну виділяються.
Живі організми володіють вбудованою системою саморегуляції, яка підтримує процеси життєдіяльності і перешкоджає неупорядкованого розпаду структур і виділення енергії. Це тісно пов'язано з процесом обміну речовин.
Здатність біологічних систем протистояти змінам і зберігати динамічну сталість складу і властивостей називається гомеостазом
Гомеостаз - відносна динамічна сталість складу і властивостей внутрішнього середовища і стійкість основних фізіологічних функцій організму.
Розрізняють: а) фізіологічний гомеостаз - це генетично детермінована здатність організму зберігати свій статус в мінливих умовах зовнішнього середовища (у ссавців - здатність зберігати сталість осмотичного тиску в клітинах і рН крові);
б) гомеостаз розвитку - це генетично детермінована здатність організму так змінювати окремі реакції, що функції організму при цьому в цілому зберігаються. (У людини при видаленні однієї нирки залишилася виконує подвійне навантаження)
2.2 Здатність до самовідтворення - це друга обов'язкова властивість живого.
Час життя всіх живих систем, від молекулярних структур (віруси, пріони) до високоорганізованих багатоклітинних організмів, обмежено.
Самовідтворення здійснюється на всіх рівнях організації живої матерії - від макромолекул до організму. Завдяки цій властивості клітинні структури, клітини і організми схожі за будовою зі своїми попередниками.
В основі самовідтворення лежить утворення нових молекул і структур, на основі інформації, закладеної в нуклеїнової кислоти ДНК. Самовідтворення тісно пов'язане з явищем спадковості: будь-яка жива істота народжує собі подібних.
Матеріальною основою генетичних програм є нуклеїнові кислоти: ДНК РНК білок
Білок є функціональним виконавчим механізмом, який регулюється нуклеїнової кислотою. Цьому відповідає одне із сучасних визначень життя, дане в 1965 р радянським ученим М.В.Волькенштейном: «Живі тіла, що існують на Землі, являють собою відкриті саморегульовані і самовідтворюються системи, побудовані з біополімерів - білків і нуклеїнових кислот».
2.3 Мінливість - це властивість, протилежне спадковості. Воно пов'язане з придбанням організмами нових ознак і властивостей. В основі мінливості лежать мутації - порушення процесу самовідтворення ДНК. Мінливість створює матеріал для природного відбору.
2.4 Властивістю живих організмів є здатність до історичного розвитку і зміни від простого до складного. Цей процес називається еволюцією. В результаті еволюції виникло все різноманіття живих організмів, пристосованих до певних умов існування.
Деякі дослідники до основних властивостей живих організмів відносять також: а) єдність хімічного складу (98% - З, N, О, Н);
б) складність і високу ступінь організації. тобто ускладнене внутрішню будову, але в даний час виявлені живі організми, утворені однією молекулою - пріони - білки.
2.5 Рівні організації живої матерії
Для живої природи характерні різні рівні організації її структур, між якими існує складне супідрядність.
Життя на кожному рівні вивчається відповідними галузями біології. Наприклад, віруси - вірусологія, рослини - ботаніка і т.д.
В даний час виділяють наступні рівні організації живої матерії.
· Найнижчий, найбільш древній рівень - молекулярний. або рівень молекулярних структур.
· Будь-яка, навіть найскладніша, жива система проявляється на рівні функціонування біологічних молекул: нуклеїнових кислот, білків, полісахаридів та інших органічних речовин. З цього рівня починаються найважливіші процеси життєдіяльності організму: обмін речовин, перетворення енергії, передача спадкової інформації. На цьому рівні проходить межа між живим і неживим.
· Клітинний рівень. Клітина - це структурна і функціональна одиниця, а також одиниця розмноження і розвитку всіх живих організмів, що мешкають на Землі. Неклітинних форм життя немає, а існування вірусів лише підтверджує це правило, так як вони можуть проявляти свої властивості живих систем тільки в клітинах.
· Тканинний рівень характерний для багатоклітинних організмів. Тканина являє собою сукупність подібних за будовою клітин, з'єднаних виконанням загальних функцій.
· Органний рівень. У більшості живих організмів орган - це структурно-функціональне об'єднання декількох типів тканин. Наприклад, шкіра, як орган, включає епітелій і сполучну тканину, які разом виконують цілий ряд функцій, серед яких найбільш значна - захисна.
· Іноді 3 і 4 рівні об'єднують в один - органо-тканинний, або рівень цілісного організму.
· Організменний рівень. Багатоклітинні організми являють собою цілу систему органів, які строго спеціалізовані по виконуваних функцій. На організмовому рівні вивчаються процеси і явища, що відбуваються в особини - механізми узгодженої роботи її органів і систем, а також роль різних органів в життєдіяльності організму, пристосувальні зміни і поведінку організмів в різних екологічних умовах.
· Популяційно-видовий рівень. Сукупність організмів одного і того ж виду, об'єднана загальним місцем проживання, створює популяцію, як систему надорганізменного порядку. У цій системі здійснюються найпростіші еволюційні перетворення.
· Вид - сукупність популяцій особин, які мають спадковим подібністю морфологічних, фізіологічних і біохімічних особливостей, вільно схрещуються і дають плідне потомство, пристосованих до певних умов життя і які у природі певну нішу - ареал.
· Популяція (від латинського populus - народ, населення) - це сукупність особин одного виду, які тривалий час займає певний простір і відтворює себе протягом великої кількості поколінь.
· Якщо тривалість життя будь-якого живого організму визначена генетично, і вони неминуче помирають, вичерпавши запрограмовані можливості свого розвитку, то популяція здатна при відповідних умовах середовища розвиватися порівняно довго. В результаті цього можливі еволюційні зміни.
· 7 Рівень біогеоценозів.
· Біогеоценоз - це сукупність організмів різних видів і різної складності організації з усіма факторами середовища проживання. Тобто це спільнота всіх видів живих істот, що населяють ту чи іншу територію або акваторію. На цьому рівні діють закони міжвидових відносин.
· На цьому рівні вивчаються взаємини організму і середовища, міграція живого речовини, шляхи і закономірності протікання енергетичних кругооборотов і ін.
· 8 Біосферний. Це найвищий рівень організації живої матерії на нашій планеті. Біосфера являє собою сукупність всього живого, що населяє Землю.
· Таким чином, жива природа являє собою складно організовану ієрархічну систему. Закони, характерні для більш високих рівнів організації живого світу, не виключають дії законів, властивих більш низьких рівнів.
· Загальна біологія вивчає закони, характерні для всіх рівнів організації життя.
3 Біологічна термінологія і одиниці вимірювання
У біології існує безліч назв і термінів, за допомогою яких позначають різні види і групи рослин і тварин, їх морфологічні структури і функціональні механізми, а також взаємини між ними.
Для того щоб забезпечити максимальну точність і мати термінологію, зрозумілу вченим всіх країн, біологи зазвичай користуються, де це можливо, латинськими словами, а при створенні нових термінів використовують латинські або грецькі коріння, надаючи слову в цілому латинізовану форму.
Що ж стосується одиниць виміру, то для тих розмірів і для тих кількостей речовини, з якими доводиться мати справу на клітинному рівні, потрібні відповідні одиниці виміру. Зазвичай до одиниць довжини, застосовуваним в біології, відносять мікрометр (1 мкм = 10 м і 10 мм), нанометр (1 нм = 10 м і 10 мм)
Масу висловлюють в нанограммах (1 нг = 10 г) або пікограм (1 пг = 10 г).
Використовують також дальтон - це одиниця молекулярної маси, що дорівнює масі атома водню.