Уровни организации живой материи

В настоящее время ученые выделяют несколько уровней организации живой материи.

1. Молекулярный. Этот уровень является глубинным в организации живого и представлен молекулами нуклеиновых кислот, белков, углеводов, липидов и стероидов, находящихся в клетках и получивших название биологических молекул. Размеры биологических молекул характеризуются большим разнообразием. Самыми малыми биологическими молекулами являются нуклеотиды, аминокислоты и сахара, размеры белковых молекул значительно больше.

Биологические молекулы синтезируются из низкомолекулярных предшественников, которыми являются окись углерода, вода и атмосферный азот. Данные вещества в процессе метаболизма превращаются через промежуточные соединения в биологические макромолекулы. На этом уровне начинаются и осуществляются важнейшие процессы жизнедеятельности: кодирование и передача наследственной информации, дыхание, обмен веществ и энергии, изменчивость и др.

Биологические молекулы обеспечивают также преемственность между молекулярным и клеточным уровнем, т.к. являются материалом, из которого образуются надмолекулярные структуры. Молекулярный уровень служит «ареной» химических реакций, которые обеспечивают энергией клеточный уровень.

2. Клеточный. Данный уровень организации представлен клетками, действующими как самостоятельные организмы (бактерии, простейшие), а также клетками многоклеточных организмов. Главной специфической чертой данного уровня является то, что с него начинается жизнь.

3. Тканевый. Этот уровень представлен тканями, объединяющими клетки определенного строения, размеров, расположения и сходных функций. У животных и человека выделяют 4 вида тканей: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную. У растений различают меристематическую, защитную, основную и проводящую ткани. На этом уровне происходит специализация клеток.

4. Органный. Данный уровень представлен органами организмов. Орган – это часть тела, занимающая определенное место в организме, имеющая свойственные ему форму и конструкцию, выполняющая присущую этому органу функцию. У простейших пищеварение, дыхание, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счет различных органелл. У более совершенных организмов имеются системы органов. Например, у человека выделяют систему пищеварения, сердечно-сосудистую систему, нервную и др.

5. Организменный. Этот уровень представлен самими организмами. Организм – есть целостная одноклеточная или многоклеточная живая система, способная к самостоятельному существованию. Особенность организменного уровня заключается в том, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетической информации, создание структурных и функциональных особенностей, присущих организмам данного вида.

6. Популяционно-видовой. Под видом понимают совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации, имеющих одинаковый кариотип и единое происхождение, занимающих определенный ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство. Каждый биологический вид в природе представлен почти всегда несколькими популяциями.

Популяция, как совокупность особей одного вида, объединенных общим местом обитания, является уже надорганизменной структурой. В популяциях начинаются элементарные эволюционные преобразования, происходит выработка адаптивной формы.

7. Биоценотический. Представлен биоценозами – сообществами организмов разной видовой принадлежности. Биоценозы состоят из представителей многих видов растений, животных и микроорганизмов. В ходе исторического развития сложились биогеоценозы (экосистемы), которые представляют собой системы, состоящие из взаимосвязанных сообществ организмов и абиотических факторов среды. На этом уровне осуществляются вещественно-энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью организмов.

8. Биосферный. Данный уровень является высшей формой организации живого. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии.

Все вышеуказанные уровни взаимосвязаны.

Клетка – элементарная живая система.

Клеточная теория

Наука о клетке называется цитологией (греч. «цитос» – клетка, «логос» – наука). Предмет цитологии – клетки многоклеточных животных и растений, а также одноклеточных организмов, к числу которых относятся бактерии, простейшие и одноклеточные водоросли. Цитология изучает строение и химический состав клеток, функции внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных и растений, размножение и развитие клеток, приспособления клеток к условиям окружающей среды. Современная цитология – наука комплексная. Она имеет самые тесные связи с другими биоло­гическими науками, например с ботаникой, зоологией, физиологией, учением об эволюции органического мира, а также с молекулярной биологией, химией, физикой, математикой.

Цитология – одна из относительно молодых биологических наук, ее возраст чуть более 100 лет. Возраст же термина «клетка» насчитывает свыше 300 лет. Впервые название «клетка» в середине XVII в. применил Роберт Гук (1665). Рассматривая тонкий срез пробки с помощью микроскопа, Гук увидел, что пробка состоит из ячеек – клеток. После работ Роберта Гука микроскоп стал широко применяться для научных исследований в биологии. Были открыты одноклеточные организмы (Антони Ван Левенгук, 1680), клетки были обнаружены в составе тканей многих животных и растений.

В середине XIX столетия на основе уже многочисленных знаний о клетке Т. Шванн и М. Шлейден сформулировали клеточную теорию (1838). Он обобщил имевшиеся знания о клетке и показал, что клетка представляет основную единицу строения всех живых организмов, клетки животных и растений сходны по своему строению. Эти положения явились важнейшими доказательствами единства происхождения всех живых организмов, единства всего органического мира. Т. Шванн внес в науку правильное понимание клетки как самостоятельной единицы жизни, наименьшей единицы живого: вне клетки нет жизни.

Клеточная теория получила дальнейшее развитие в трудах ученых второй половины прошлого столетия. Было открыто деление клеток и сформулировано положение о том, что каждая новая клетка происходит от такой же исходной клетки путем ее деления (Рудольф Вирхов, 1858). Академик Российской Академии наук Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и установил, что все многоклеточные организмы начинают свое развитие из одной клетки и этой клеткой является зигота. Открытие К. Бэра показало, что клетка – не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов.

Изучение химической организации клетки привело к выводу, что именно химические процессы лежат в основе ее жизни, что клетки всех организмов сходны по химическому составу, у них однотипно протекают основные процессы обмена веществ. Данные о сходстве химического состава клеток еще раз подтвердили единство всего органического мира.

Современная клеточная теория включает следующие положения.

1. Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.

2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.

3. Размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки.

4. В сложных многоклеточных организмах клетки специализиро­ваны по выполняемой ими функции и образуют ткани, из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

Клетка любого организма представляет собой целостную живую систему. Она состоит из трех неразрывно связанных между собой частей: оболочки, цитоплазмы и ядра.