Особенности структурной организации живого, обеспечивающие самообновление, саморегуляцию и самовоспроизводство.

Живые системы являются категориями биологическими. Живые системы характеризуются рядом особенностей, которые отличают их от неживых систем. Важнейшая особенность живых систем заключается в том, что их жизнь невозможна без притока в них энергии, обмена веществ и обмена информацией. Можно сказать, что они взаимодействуют со средой и по этой причине являются открытыми системами. Далее, для живых систем характерная способность к самовоспроизводству, саморегуляции и самовосстановлению, в основе которого лежит способность к восстановлению повреждений собственного генетического материала.

Живыми системами являются клетки, ткани, органы, системы органов, организмы, популяции организмов, экологические системы, биосфера в целом.

Как живое, так и неживое построены из молекул, которые изначально являются неживыми. Тем не менее, живое резко отделяется от неживого. Причины этого глубокого различия определяются свойствами живого, а молекулы, содержащиеся в живых системах, называются биомолекулами.

Для живого характерен ряд свойств, которые в совокупности «делают» живое живым. Такими свойствами являются самовоспроизведение, специфичность организации, упорядоченность структуры, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой.

Самовоспроизведение (репродукция). Это свойства является важнейшим. Замечательной особенностью является то, что самовоспроизведение тех или иных организмов повторяется в неисчислимых количествах генераций, причем генетическая информация о самовоспроизведении закодирована в молекулах ДНК. Положение «все живое происходит только от живого» означает, что жизнь возникла лишь однажды и что с тех пор начало живому дает только живое. На молекулярном уровне самовоспроизведение происходит на основе матричного синтеза ДНК, которая программирует синтез белков, определяющих специфику организмов.

Специфичность организации. Она характерна для любых организмов, в результате чего они имеют определенную форму и размеры. Единицей организации (структуры и функции) является клетка. В свою очередь клетки специфически организованы в ткани, последние – в органы, а органы – в системы органов.

Упорядоченность структуры. Для живого характерна не только сложность химических соединений, из которого оно построено, но и упорядоченность их на молекулярном уровне, приводящая к образованию молекулярных и надмолекулярных структур. Создание порядка из беспорядочного движения молекул – это важнейшее свойство живого, проявляющееся на молекулярном уровне. Упорядоченность в пространстве сопровождается упорядоченностью во времени. В отличие от неживых объектов упорядоченность структуры живого происходит за счет внешней среды. При этом в среде уровень упорядоченности снижается.

Целостность (непрерывность) и дискретность (прерывность). Жизнь целостна и в то же время дискретна как в плане структуры, так и функции. Например, субстрат жизни целостен, так как представлен нуклеопротеидами, но в то же время дискретен, так как состоит из нуклеиновой кислоты и белка. Нуклеиновые кислоты и белки являются целостными соединениями, однако тоже дискретны, так как состоят из нуклеотидов и аминокислот. Репликация молекул ДНК является непрерывным процессом, однако она дискретна в пространстве и во времени, так как в ней принимают участие различные генетические структуры и ферменты.

Процесс передачи наследственной информации тоже является непрерывным, но он дискретен, так как состоит из транскрипции и трансляции, которые из-за ряда различий между собой определяют прерывность реализации наследственной информации в пространстве и во времени. Митоз клеток также непрерывен и одновременно прерывен.

Рост и развитие. Рост организмов происходит путем прироста массы организма за счет увеличения размеров и числа клеток. Он сопровождается развитием, проявляющемся в дифференцировке клеток, усложнении структуры и функций. В процессе онтогенеза формируются признаки в результате взаимодействия генотипа и среды. Филогенез сопровождается появлением гигантского разнообразия организмов, органической целесообразностью. Процессы роста и развития подвержены генетическому контролю и нейрогуморальной регуляции.

Обмен веществ и энергии. Благодаря этому свойству обеспечивается постоянство внутренней среды организмов и связь организмов с окружающей средой, что является условием для поддержания жизни организмов. Живые клетки получают (поглощают) энергию из внешней среды в форме энергии света. В дальнейшем химическая энергия преобразуется в клетках для выполнения многих работ.

Наследственность и изменчивость. Наследственность обеспечивает материальную преемственность между родителями и потомством, между поколениями организмов, что, в свою очередь, обеспечивает непрерывность и устойчивость жизни. Основу материальной преемственности в поколениях и непрерывности жизни составляет передача от родителей к потомству генов, в ДНК которых зашифрована генетическая информация о структуре и свойствах белков. Характерной особенностью генетической информации является её чрезвычайная стабильность.

Изменчивость связана с появлением у организмов признаков, отличных от исходных, и определяется изменениями в генетических структурах. Наследственность и изменчивость создают материал для эволюции организмов.

Раздражимость. Реакция живого на внешние раздражения является проявлением отражения, характерного для живой материи. Факторы, вызывающие реакцию организма или его органа, называют раздражителями. Ими являются свет, температура среды, звук, электрический ток, механические воздействия, пищевые вещества, газы, яды и др.

У организмов, лишенных нервной системы (простейшие и растения), раздражимость проявляется в виде тропизмов, таксисов и настий.

Движение. Способностью к движению обладают все живые существ. Многие одноклеточные организмы двигаются с помощью особых органоидов. К движению способны и клетки многоклеточных организмов (лейкоциты, блуждающие соединительнотканевые клетки и др.), а также некоторые клеточные органеллы. Совершенство двигательной реакции достигается в мышечном движении многоклеточных животных организмов, которое заключается в сокращении мышц.

Внутренняя регуляция. Процессы, протекающие в клетках, подвержены регуляции. На молекулярном уровне регуляторные механизмы существуют в виде обратных химических реакций, основу которых составляют реакции с участием ферментов, обеспечивающих замкнутость процессов регуляции по схеме синтез – распад – ресинтез. Синтез белков, включая ферменты, регулируется с помощью механизмов репрессии, индукции и позитивного контроля. Напротив, регуляция активности самих ферментов происходит по принципу обратной связи, заключающейся в ингибировании конечным продуктом. Известно также регулирование путем химической модификации ферментов. В регуляции активности клеток принимают участие гормоны, обеспечивающие химическую регуляцию.

Свойства, перечисленные выше, присущи только живому. Некоторые из этих свойств обнаруживаются и при исследовании тел неживой природы, однако у последних они характеризуются совершенно другими особенностями. Например, кристаллы в ненасыщенном растворе соли могут «расти». Однако этот рост не имеет тех качественных и количественных характеристик, которые присущи росту живого. Между свойствами, характеризующими живое, существует диалектическое единство, проявляющееся во времени пространстве на протяжении всего органического мира, на всех уровнях организации живого.

44. Размножение, индивидуальное развитие и непрерывность жизни.
Размножение -- это свойство организмов производить потомство или способность организмов к самовоспроизведению. Являясь важнейшим свойством живого, размножение обеспечивает непрерывность жизни, продолжение видов.
Индивидуальное развитие-онтогенез. Онтогенезом называют совокупность процессов, протекающих в организме, с момента образования зиготы до смерти. В онтогенезе выделяют два основных периода — эмбриональный и постэмбриональный. В эмбриональном у животных формируется эмбрион, у которого закладываются основные системы органов. В постэмбриональном периоде завершаются формообразовательные процессы, происходит половое созревание, размножение, старение и смерть.

Эмбриональный период начинается с образования зиготы и заканчивается рождением или выходом из яйцевых или зародышевых оболочек молодой особи. Он состоит из трех стадий: дробления, гаструляции и органогенеза. Тип дробления яйца зависит от количества желтка и характера его распределения. Различают полное и неполное дробление. При дальнейшем дроблении (примерно на стадии 128 бластомеров) зародыш расширяется и клетки, располагаясь однослойно, образуют полый шар. Эта стадия называется бластулой. Стенка однослойного зародыша называетсябластодермой, а находящаяся внутри полость — бластоцелью (первичной полостью тела). Следующий этап эмбрионального развития — образование двуслойного зародыша —гаструляция. После того как бластула ланцетника полностью сформировалась, дальнейшее дробление клеток особенно интенсивно происходит на одном из полюсов. Вследствие этого они как бы втягиваются (впячиваются) внутрь. В результате образуется двуслойный зародыш.

Для жизни характерны непрерывность, устойчивость и материальная преемственность, которые обеспечиваются наследственностью и изменчивостью организмов. Наследственность обеспечивает материальную преемственность между родителями и потомством,между поколениями организмов, что в свою очередь обеспечивает непрерывность и устойчивость жизни.

Онтогенез (от греч. ontos -- существо, genesis -- развитие) -- это полная история (цикл) развития индивидуального организма (животного или растения), начинающаяся с образования давших ему начало половых клеток и заканчивающаяся его смертью. Представления об онтогенезе (индивидуальной истории развития организма) основаны на данных о росте организма, дифференцировке его клеток и морфогенезе. Следовательно, онтогенез есть категория индивидуальная. рост организма понимают в качестве постепенного увеличения его массы в результате увеличения количества клеток. Рост можно измерить, построив на основе результатов измерений кривые размеров организма, массы, сухой массы, количества клеток, содержания азота и других показателей. Что же касается дифференциации клеток, то это процесс, благодаря которому одни клетки становятся морфологически, биохимически и функционально отличными от других клеток. Размножение и дифференцировка одних клеток всегда координированы с ростом и дифференцировкой других. Оба эти процесса происходят на протяжении всего жизненного цикла организма. Поскольку дифференцирующиеся клетки изменяют свою форму, а в изменения формы вовлекаются группы клеток, то это сопровождается морфогенезом, представляющим собой совокупность процессов, определяющих структурную организацию клеток и тканей, а также общую морфологию организмов. Таким образом, рост является результатом количественных изменений в виде увеличения количества клеток (массы тела) и качественных -- в виде дифференцировки клеток и морфогенеза. Развитие -- это качественные изменения организмов, которые определяются дифференцировкой клеток и морфогенезом, а также биохимическими изменениями в клетках и тканях, обеспечивающими в ходе онтогенеза прогрессивные изменения индивидов. В рамках современных представлений развитие организма понимают в качестве процесса, при котором структуры, образовавшиеся ранее, побуждают развитие последующих структур. Процесс развития детерминирован генетически и теснейшим образом связан со средой. Следовательно, развитие определяется единством внутренних и внешних факторов. Онтогенез в зависимости от характера развития организмов типируют на прямой и непрямой, в связи с чем различают прямое и непрямое развитие. НЕПРЕРЫВНОСТЬ ЖИЗНИ
Ее ключевая роль в определении непрерывности жизни заключается в том, что она обеспечивает физическую связь между поколениями клеток или организма в виде передачи генетической информации от родителей к их потомству.

Половое размножение. Сперматогенез и овогенез.

У многоклеточных растений и животных половое размножение происходит через образование женских и мужских половых клеток (яйцеклеток и сперматозоидов), последующее оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом и образование зиготы. У растений половые клетки продуцируются в специализированных репродуктивных структурах, у животных они продуцируются в половых железах, называемых гонадами (от греч. gone -- семя).

Между соматическими и половыми клетками животных существует важное различие. Оно заключается в том, что соматические клетки способны к делению, т. е. репродуцируют себя и кроме того из них образуются половые клетки. Напротив, половые клетки не делятся, но они «начинают» репродукцию целого организма.

Диплоидные соматические клетки, из которых образуются мужские половые клетки, называют сперматогониями, а диплоидные соматические клетки, из которых образуются женские половые клетки -- овогониями. Процесс образования (роста и дифференциации) мужских и женских половых клеток носит название гаметогенеза.

45. Таксономические и фундаментальные биологические науки, их связь. Биологические науки, изучающие тот или иной уровень организации жизни.

Общебиологические науки изучают свойства жизни, проявляющиеся

на всех уровнях ее организации.

Фундаментальная наука — область познания, подразумевающая теоретические и экспериментальныенаучные исследованияосновополагающих явлений (в том числе и умопостигаемых) и поиск закономерностей, руководящих ими и ответственных за форму, строение, состав, структуру и свойства, протекание процессов, обусловленных ими; — затрагивает базовые принципы большинства гуманитарных и естественнонаучных дисциплин, — служит расширению теоретических, концептуальныхпредставлений, в частности — детерминации идео- и формообразующей сущностипредмета их изучения, — мирозданиякак такового во всех его проявлениях, в том числе и охватывающих сферы интеллектуальные, духовные и социальные.

Классификация биологических наук. Многообразие живой природы так велико, что правильнее говорить о биологии как о комплексе знаний или как о комплексной науке. Биология стала в наше время такой в результате дифференциации и интеграции разных биологических наук. В рамках этой системы, дисциплины можно разделить по различным направлениям исследований, а именно: 1. Изучение систематических групп (классификация в зависимости от объекта изучения). Самыми старыми биологическими науками являются зоология и ботаника, изучающие животных и растения соответственно. Однако в процессе дифференциации зоология, ботаника и микробиология разделились на ряд самостоятельных наук. В результате в настоящее время изучением систематических групп занимаются такие разделы как: вирусология — наука о вирусах; микробиология — наука, занимающаяся изучением микроорганизмов; микология — наука о грибах; ботаника (или фитология) — наука о растениях; зоология — наука о животных; антропология — наука о человеке. При этом каждая из дисциплин делится на ряд более узких направлений в зависимости от объекта исследований (рис. 1). Например, зоология объединяет такие науки, как: протозоология — наука о простейших (одноклеточных) животных, малакология — наука о моллюсках, энтомология — наука о насекомых, териология — наука о млекопитающих, и др. В ботанике в самостоятельные науки выделились дендрология (наука о деревьях и кустарниках), птеридология (наука о папоротниках), альгология (наука о водорослях), бриология (наука о мхах), биогеоботаника (наука о распространении растений) и другие науки. Микробиология разделилась на бактериологию, вирусологию и иммунологию. Рис. 1. Схема биологических наук 2. Изучение различных сторон жизнедеятельности живых организмов. В зоологии, микробиологии и ботанике выделяются науки, изучающие отдельные стороны жизни данных организмов. систематика - изучает систематику и родство разных групп организмов, морфология - исследует внешнее строение органов организмов и их видоизменения, анатомия - изучает внутреннее строение организмов, физиология - изучает процессы, протекающие в организмах, экология - изучает взаимоотношения организмов со средой и другими организмами и др. генетика - наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах уп-равления ими 3. Изучение разных уровней живой материи. По уровню изучения живой материи различают: молекулярную биологию – наука, исследующая общие свойства и проявления жизни на молекулярном уровне цитологию или учение о клетке (от греч. «цитос» – клетка), изучает клеточный уровень гистологию или учение о тканях (от греч. «гистос» – ткань), изучает тканевый уровень анатомию, морфологию и физиологию – науку о строении органов, изучает уровень органа и организма экологию – биологию групп организмов (популяций, видов и т. д.) 4. Отдельно можно выделить науки о развитии живой материи. Сюда обычно относят биологию индивидуального развития организмов, включающую эмбриологию (наука о предзародышевом развитии, оплодотворении, зародышевом и личиночном развитии организмов), а также теорию эволюции или эволюционное учение (комплекс знаний об историческом развитии живой природы). 5. Изучением коллективной жизни и сообществ живых организмов занимаются: этология — наука о поведении животных, экология (в общем смысле) — наука об отношениях различных организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой. Как самостоятельные разделы экологии рассматривают: биоценологию — науку о сообществах живых организмов, популяционную биологию — отрасль знаний, изучающую структуру и свойства популяций, и др. Биогеография занимается изучением общих вопросов географического распространения живых организмов. Естественно, такая классификация биологических наук в значительной степени условна и не дает представления обо всем многообразии биологических дисциплин. Отдельные биологические науки имеют комплексное значение. Например, комплексной наукой стала генетика, предметом изучения которой являются наследственность и изменчивость организмов. В наше время комплексной наукой стала экология, изучающая взаимоотношения организмов между собой и со средой. В биологии одновременно с дифференциацией шел процесс возникновения и оформления новых наук, которые расчленялись на более узкие науки. Например, генетика, возникнув в качестве самостоятельной науки, разделилась на общую и молекулярную, на генетику растений, животных и микроорганизмов. В то же время возникли генетика пола, генетика поведения, популяционная генетика, эволюционная генетика и т. д. В недрах физиологии возникли сравнительная и эволюционная физиология, эндокринология и другие физиологические науки. В последние годы отмечается тенденция оформления узких наук, получающих название по проблеме (объекту) исследования. Такими науками являются энзимология, мембранология, кариология, плазмидология и другие. В результате интеграции наук возникли биохимия, биофизика, радиобиология, цитогенетика, космическая биология и другие науки. Ведущее положение в современном комплексе биологических наук занимает физико-химическая биология, новейшие данные которой вносят существенный вклад в представления о научной картине мира, в дальнейшее обоснование материального единства мира.