Процессы характерные для живого. Свойства живых организмов
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.
Что же касается единиц измерения, то для тех размеров и для тех количеств вещества, с которыми приходится иметь дело на клеточном уровне, нужны соответствующие единицы измерения. Обычно к единицам длины, применяемым в биологии, относят микрометр
] [VIP
-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте .
Жизнь - это уникальное явление, которое отличается сложностью, структурной и функциональной упорядоченностью. И уже это можно считать ее главным свойством. Однако куда важнее дать , т. е. однозначно определить, чем живое отличается от неживого. Однозначного определение жизни не существует, однако выделяют общие свойства (или признаки) жизни, характерные для всех живых организмов и других живых систем (клеток, биоценозов). Совокупность этих свойств позволяет однозначно отделять живое от неживого. Чтобы система называлась живой, она должна обладать если не всеми, то подавляющим большинством нижеперечисленных основных свойств.
Одно из основных свойств живого - это единство химического состава . Во всех живых системах, в любых организмах, несмотря на все их разнообразие, преобладают четыре химических элемента - это углерод, кислород, водород и азот. Кроме перечисленных, живое содержит и другие элементы, но в меньших количествах. В отличие от живой, в неживой природе преобладают несколько другие элементы. Например, на Земле много кислорода, кремния, алюминия, натрия. Звезды в основном состоят из водорода и гелия. Кроме того в живых организмах преобладают крупные органические молекулы, имеющие сложное строение и построенные на основе углеродного скелета. Причем у совершенно разных организмов зачастую такие молекулы одинаковы, а также протекают схожие химические реакции.
Для всего живого характерен обмен веществ . Живые организмы поглощают из окружающей среды одни вещества и выделяют в нее другие. При этом в организме происходят процессы синтеза (ассимиляции ) и распада (диссимиляции ), в основе которых лежат сложные химические реакции, большинство из которых не встречаются в неживой природе. Из полученных веществ строятся компоненты клетки, синтезируется ряд необходимых для жизнедеятельности веществ (например, глюкоза у растений образуется из воды и углекислого газа). При диссимиляции обычно происходит выделение энергии, которая запасается в молекулах АТФ и далее расходуется на протекание различных процессов в клетках организма. Благодаря способности к обмену веществ организм сохраняет относительное постоянство своего состава и строения.
энергозависимость, или поток энергии . Живые системы могут существовать только при постоянно притоке в них энергии. Они также выделяют (рассеивают) энергию, но уже иной природы. Таким образом, жизнь - это . Растения получают энергию от солнечного света. Эта энергия тратится на синтез органических веществ. Гетеротрофы получают энергию из пищи в результате ее усвоения. Обмен веществ и поток энергии тесно взаимосвязаны между собой.
Живое способно к росту , т. е. к увеличению своего размера. Это достигается не за счет простого присоединения вещества, как в неживой природе, а за счет синтеза сложных органических веществ. Клетки растут за счет увеличения своих размеров, организмы - за счет увеличения количества клеток, биоценозы - за счет увеличения количества составляющих их организмов.
Основным свойством живого является развитие , которое во многих случаях сопровождает рост. Развитие - это направленное и необратимое изменение системы, чаще сопровождаемое ее усложнением (однако не редко и упрощением). Развитие меняет качество системы, за счет изменения ее состава и строения. Многоклеточные живые организмы развиваются из зародыша до взрослого организма, при этом появляются новые органы, физиологические процессы и др. Индивидуальное развитие называется онтогенезом. В то же время для всей живой природы характерно развитие на протяжении всего времени существования жизни на Земле. Такое историческое развитие (эволюция) называется филогенезом. В процессе филогенеза жизнь приобрела множество сложных форм, хотя на заре своего становления была представлена простейшими одноклеточными.
Важным свойством живых организмов является способность к самовоспроизведению . Живые системы (клетки, их структуры, целые организмы) размножаются и при этом производят себе подобных. В основе самовоспроизведения лежат молекулы ДНК, способные к матричному синтезу (удвоению). Особенности ДНК лежат и в основе таких основных свойств живого как наследственность и изменчивость . Под наследственностью подразумевается передача признаков родительских организмов дочерним. Это обеспечивается постоянством строения молекул ДНК. Изменчивость обратна наследственности и выражается в приобретении дочерними организмами новых свойств, которых не было у родительских. Изменчивость обусловлена изменениями в ДНК, ее перекомбинацией. Эволюция живых организмов была бы невозможна, если бы не было изменчивости.
В качестве следующего свойства живого следует выделить способность живых систем к саморегуляции . Условия окружающей среды меняются. При этом клетки, организмы способных сохранять постоянство своего химического состава и поддерживать интенсивность протекания многих физиологических процессов на прежнем уровне. Живое способно запасать вещества, а при необходимости их использовать для поддержания внутреннего постоянства. В многоклеточных организмах саморегуляция осуществляется благодаря нервной и эндокринной системам, которые улавливают изменения концентраций тех или иных веществ.
Живые организмы обладают раздражимостью . Они реагируют на внешние стимулы (воздействия). Причем не на абсолютно любые, а на важные для их существования (изменение своих физиологических параметров при изменении внешней температуры, избегание опасности, поиск пищи и др.). У многоклеточных животных раздражимость реализуется через рефлекс , у одноклеточных, растений - с помощью таксисов, тропизмов .
Ритмичность встречается как в живой, так и в неживой природе. Она связана с циклическими космическими явлениями (вращение Земли вокруг оси и Солнца, фазы Луны и др.). Ритмичность живых организмов более сложная, возникла как приспособление к ритмичности в неживой природе. Например, у деревьев на зиму опадает листва, с увеличением длины светового дня многие животные приступают к размножению и т. п.
Различные авторы выделяют и другие свойства живого. Например, дискретность, целостность, упорядоченность. Однако это скорее всеобщие свойства материи, характерные в том числе и для живой природы. По отношению к биологическим системам дискретность выражается в том, что они состоят из отдельных изолированных компонентов. Например, клетка состоит из органелл, включений и др., организм состоит из клеток, биоценоз из отдельных обособленных организмов. Дискретность дает возможность обновлять поврежденные части системы без нарушения ее функционирования. Дискретность лежит в основе структурной упорядоченности.
Лекции
БИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА
Введение.
1. Предмет биологии. Определение жизни. Признаки живой материи.
2. Общие свойства живых организмов.
3. Понятие гомеостаза.
4. Характеристика уровней организации живой природы.
5. Живой организм как система.
1. Предмет биологии. Определение жизни. Признаки живой материи.
Биология (от греч. bios-жизнь, logos-понятие, учение) - наука, изучающая живые организмы. Развитие этой науки шло по пути изучения элементарнейших форм существования материи. Это относится и к живой, и к неживой природе. При таком подходе законы живого пытаются познать, изучая вместо единого целого отдельные его части, т.е. изучают элементарные акты жизнедеятельности организмов с применением законов физики, химии и т.д. При другом подходе «жизнь» рассматривают как совершенно особенное и уникальное явление, которое нельзя объяснить только действием законов физики и химии. Т.о. основная задача биологии как науки состоит в том, чтобы истолковать все явления живой природы, исходя из научных законов, не забывая при этом, что целому организму присущи свойства, в корне отличающиеся от свойств частей, его составляющих. Нейрофизиолог может описать работу отдельного нейрона языком физики и химии, но сам феномен сознания так описать нельзя. Сознание возникает в результате коллективной работы и одновременного изменения электрохимического состояния миллионов нервных клеток, однако мы до сих пор не имеем реального представления о том, как возникает мысль и каковы ее химические основы. Итак, мы вынуждены признать, что не можем дать строгого определения, что же такое жизнь, и не можем сказать, как и когда она возникла. Все, что мы можем, - это перечислить и описать специфические признаки живой материи , которые присущи всем живым существам и отличают их от неживой материи:
1) Единство химического состава. В живых организмах 98% химического состава приходится на 4 элемента: углерод, кислород, азот и водород.
2) Раздражимость. Все живые существа способны реагировать на изменение внешней и внутренней среды, что помогает им выжить. Например, кровеносные сосуды кожи млекопитающих при повышении температуры тела расширяются, рассеивая избыточное тепло и тем самым снова восстанавливая оптимальную температуру тела. А зеленое растение, которое стоит на подоконнике и освещается только с одной стороны, тянется к свету, потому что для фотосинтеза нужна определенная освещенность.
3) Движение (подвижность). Животные отличаются от растений способностью перемещаться из одного места в другое, т. е. способностью к движению. Животным необходимо двигаться, чтобы добывать пищу. Для растений подвижность необязательна: растения способны сами создавать питательные вещества из простейших соединений, доступных почти повсюду. Но и у растений можно наблюдать движения внутри клеток и даже движения целых органов, хотя и с меньшей, чем у животных, скоростью. Могут двигаться и некоторые бактерии, и одноклеточные водоросли.
4) Обмен веществ и энергии. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые организму и выделяя продукты жизнедеятельности. Питание, дыхание, выделение – разновидности обмена веществ.
Питание. Пища нужна всем живым существам. Они используют ее как источник энергии и веществ, необходимых для роста и других процессов жизнедеятельности. Растения и животные различаются главным образом по тому, как они добывают пищу. Почти все растения способны к фотосинтезу, т. е. они сами создают питательные вещества, используя энергию света. Фотосинтез - одна из форм автотрофного питания. Животные и грибы питаются по-иному: они используют органическое вещество других организмов, расщепляя с помощью ферментов это органическое вещество и усваивая продукты расщепления. Такое питание называют гетеротрофным. Гетеротрофами являются многие бактерии, хотя некоторые из них автотрофны.
Дыхание. Для всех процессов жизнедеятельности нужна энергия. Поэтому основная масса питательных веществ, получаемых в результате автотрофного или гетеротрофного питания, используется в качестве источника энергии. Энергия высвобождается в процессе дыхания при расщеплении некоторых высокоэнергетических соединений. Высвобождаемая энергия запасается в молекулах аденозинтрифосфата (АТФ), который обнаружен во всех живых клетках.
Выделение. Выделение, или экскреция, - это выведение из организма конечных продуктов обмена веществ. Такие ядовитые «шлаки» возникают, например, в процессе дыхания, и их надо обязательно удалять. Животные потребляют очень много белков, и, поскольку белки не запасаются, их необходимо расщепить, а затем вывести из организма. Поэтому у животных выделение сводится в основном к экскреции азотистых веществ. Еще одной из форм экскреции можно считать выведение из организма свинца, радиоактивной пыли, алкоголя и массы других вредных для здоровья веществ.
5) Рост. Объекты неживой природы (например, кристалл или сталагмит) растут, присоединяя новое вещество к наружной поверхности. Живые существа растут изнутри за счет питательных веществ, которые организм получает в процессе автотрофного или гетеротрофного питания. В результате ассимиляции этих веществ образуется новая живая протоплазма. Рост живых существ сопровождается развитием – необратимым количественным и качественным изменением.
6) Размножение. Продолжительность жизни у каждого организма ограничена, однако все живое «бессмертно», т.к. живые организмы оставляют после смерти себе подобных. Выживание вида обеспечивается сохранением главных признаков родителей у потомства, возникшего путем бесполого или полового размножения. Закодированная наследственная информация, которая передается от одного поколения к другому, содержится в молекулах нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) и РНК (рибонуклеиновой кислоты).
7) Наследственность – способность организмов передавать свои признаки и функции следующим поколениям.
8) Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства.
9) Саморегуляция . Выражается в способности организмов поддерживать постоянство своего химического состава и функций в системе (например, постоянство температуры тела), физиологических процессов в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды. В отличие от живой материи мертвое органическое вещество легко разрушается под действием механических и химических факторов окружающей среды. Живые существа обладают встроенной системой саморегуляции, которая поддерживает процессы жизнедеятельности и препятствует неуправляемому распаду структур и веществ и бесцельному выделению энергии.
Эти главные признаки живого более или менее выражены у любого организма и служат единственным показателем того, жив он или мертв. Не следует, однако, забывать, что все эти признаки - лишь наблюдаемые проявления главного свойства живой материи (протоплазмы) – ее способности извлекать, превращать и использовать энергию извне. К тому же протоплазма способна не только поддерживать, но и увеличивать свои энергетические запасы.
2. Общие свойства живых организмов.
Итак, объектом биологических исследований является живой организм. Вне зависимости от уровня организации все живые организмы в процессе эволюции воплотили в себе, в отличие от неорганического мира, ряд качественно новых свойств.
1) Земля как планета сформировалась около 4,5 млрд лет назад. Живые организмы в их самой примитивной форме появились около 0,5- 1 млрд лет назад. Следовательно, они были вынуждены «вписаться» в окружающие их явления неорганического мира - закон всемирного тяготения, газовую среду, температуру, электромагнитный фон и др.
2) Среда, в которую вписались живые организмы, представляет собой прочно связанную совокупность явлений физического мира, определяемую прежде всего соотношением планет, и в первую очередь Земли и Солнца. Среди этих явлений есть эпизодические - атмосферные осадки, землетрясения, и явления, периодически повторяющиеся,- смена времен года, приливы и отливы океанов, восходы и заходы солнца и др. Живые организмы отразили их в своей организации. Особенно важными для жизнедеятельности оказались периодически повторяющиеся воздействия.
3) Живые организмы не только вписались во внешний мир, но и изолировали себя от него при помощи специальных барьеров. Структурно-функциональная единица барьеров - мембрана клетки - универсальна. Она примерно одинакова и у яйцеклетки морского ежа, и у нейрона головного мозга человека. Мембраны позволили первым живым организмам, с одной стороны, обособиться от водной среды, в которой они возникли, а с другой - активно взаимодействовать с ней с целью удовлетворения своих потребностей.
Таким образом, организм можно определить как физико-химическую систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. Именно эта способность живых систем сохранять стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся среды и обусловливает их выживание. Для обеспечения стационарного состояния у всех организмов - от морфологически самых простых до наиболее сложных - выработались разнообразные анатомические, физиологические и поведенческие приспособления, служащие одной цели – сохранению постоянства внутренней среды.
3. Понятие гомеостаза.
Впервые мысль о том, что постоянство внутренней среды обеспечивает оптимальные условия для жизни и размножения организмов, была высказана в 1857 г. французским физиологом Клодом Бернаром. На протяжении всей его научной деятельности Клода Бернара поражала способность организмов регулировать и поддерживать в достаточно узких границах такие физиологические параметры, как температура тела или содержание в нем воды. Это представление о саморегуляции как основе физиологической стабильности было сформулировано Клодом Бернаром в виде ставшего классическим утверждения: «Постоянство внутренней среды является обязательным условием свободной жизни». Для определения механизмов, поддерживающих такое постоянство, был введен термин гомеостаз (от греч. homoios -тот же; stasis -стояние). Вместе с тем постоянство внутренней среды организма – условное понятие, так как во всем организме непрерывно протекает бесчисленное множество различных процессов. Состояние организма непрерывно меняется, меняются и оптимальные значения жизненно важных показателей. Так, например, в обычном состоянии артериальное давление поддерживается на уровне 120/80. Это значение несколько снижается во время ночного сна, при быстром же беге, напротив, значительно увеличивается. Такие изменения – не отрицание гомеостаза, т.к. для каждого функционального состояния оптимальные значения артериального давления различны. Иногда для более точного определения явления гомеостаза используют термин « гомеокинез ».
Биология является наукой, изучающей жизнь во всех направлениях и общие свойства живого.
По Энгельсу, жизнь – способ существования белковых тел, существенным моментом которого явл. постоянный обмен веществ с окружающей средой, с прекращением которого прекращается и жизнь, что приводит к распаду белков.
Современное определение: живые тела, существующие на Земле – открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот.
Для живых организмов характерны свойства, отличающие их от объектов неживой природы:
1. Определенный химический состав.
В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в неживые объекты, но в различных пропорциях. Из 100 элементов необходимы 20. Выделяют обязательные (органогенные) элементы – водород, углерод, кислород, азот.
Так же важны натрий, калий, кальций, магний, сера, фосфор. Все организмы построены из белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот.
2. Наличие клеточного строения (кроме бактерий).
Клетка – структурно-функциональная единица живого.
3. Обмен веществ и энергозависимость.
Живой организм – открытая устойчивая система, которая при поступлении энергии извне, находится в динамическом равновесии.
4. Способность к саморегуляции.
Гомеостаз – способность поддерживать постоянство химическо-физических свойств.
Показатели гомеостаза: температура, давление, количество воды, энергия, скорость обменных процессов.
В тканях показатель гомеостаза – количество клеток.
В органах – интенсивность работы.
В популяциях – соотношение возрастных групп и половой состав.
5. Способность к самовоспроизведению.
a. Воспроизведение себе подобных.
b. Передача наследственной информации.
c. Главным переносчиком информации явл. хромосомы.
6. Наследственность.
Наследственность – способность живых организмов передавать признаки и свойства из поколения в поколение при помощи ДНК и РНК. Закономерности изучает генетика. Мендель предположил, что признаки определяются генами. Ген – участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру белка.
Ген - белок - признак.
7. Изменчивость.
Изменчивость – способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства в процессе индивидуального развития. Изменчивость создает материал для естественного отбора.
8. Индивидуальное развитие.
Онтогенез – процесс индивидуального развития организма от момента оплодотворения до момента смерти. Развитие сопровождается ростом, продолжительность роста ограничена процессами старения.
Ι. Проэнтогенез-гаметогенез, оплодотворение.
ΙΙ. Эмбриональный период – рождение.
ΙΙΙ. Постэмбриональный – ювенильный, этап зрелости, этап старости.
9. Историческое развитие.
Филогенез – историческое развитие мира; необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся появлением новых видов и прогрессивным усложнением жизни. Все разнообразие видов растений и животных есть результат эволюции.
10. Раздражимость.
Раздражимость – способность живых организмов отвечать на внешние и внутренние раздражители специфическими реакциями.
фототропизм (поворот листьев в сторону солнца);
геотропизм (рост кончика корня по отношению к центру Земли);
таксис (однонаправленное движение К или ОТ источника раздражения);
рефлекс (свойство организма отвечать на действие раздражителей при обязательном участии нервной системы).
11. Движение.
Организмы способны двигаться различными способами:
a. Амебоидная – с помощью ложноножек (амеба обыкновенная, лейкоциты);
b. Реактивная – с помощью выстреливания струи воды (медузы, головоногие моллюски);
c. Ресничные – с помощью ресничек - выростов клетки, окруженных цитолеммой, (инфузория-туфелька).
d. Жгутиковые – с помощью жгутика – выроста клетки, окруженного цитолеммой, но длиннее реснички (эвглена зеленая, Вольвокс, сперматозоид).
e. С помощью сократительных мышц.
12. Ритмичность.
Ритмичность – повторение состояний организма через промежуток времени в ответ на изменения внешней среды. Биоритмы (эктогенные – внешние; эндогенные – внутренние).
13. Целостность и дискретность.
С одной стороны, живая природа целостна, организованна, подчиняется определенным законам. С другой стороны, природа дискретна, т.е. любая биологическая система состоит из обособленных, но тесно связанных элементов.
Принцип дискретности лег в основу представлений об уровне организации живой материи.
Уровни организации живой природы.
Уровеньорганизации живой природы – функциональное место данной биологической системы определенной степени сложности в общей системе живого.
Развитие уровней в процессе происхождения из низшего в высшее, с появлением более высшего уровня предыдущий не исчезал, а лишь утрачивал ведущую роль, входил в состав как подчиненная структура или функциональная единица.
Таблица№1. Уровни организации живого.
Название уровня | Биосистема | Понятие | Элементы, обр. систему. | Науки |
Молекулярно-генетический. (обмен в-в и передача насл. информации) | Биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды). | Биополимеры – сложные органические вещества с огромной молекулярной массой, состоящие из мономеров. | АК, нуклеотиды, моносахариды | Генетика Мол. Биология Биохимия Биофизика |
Клеточный. (кроме вирусов) | Клетка | Клетка – структурно-функциональная единица живого. | Оболочка Цитоплазма Ядро | Цитология |
Организменный. Подчиняет подуровни: Тканевый Органный. | Ткань => Органы=> Системы органов=> Организм | Ткань – совокупность клеток, сходных по строению, происхождению и выполняющие общие функции. Орган – часть тела, выполняющая определенные функции. Система органов – ряд органов, имеющих общий план строения, единство происхождения и выполняющих одну большую функцию. Организм – любое существо, обладающее свойствами живого. | Клетки. Межклеточное в-во. Ткань. Системы органов | Гистология Анатомия Физиология |
Надорганизменные уровни | ||||
Популяционно-видовой. Подчиняет: Популяционный Видовой | Популяция Вид | Популяция – совокупность особей одного вида, населяющих пространство с однородными условиями. Вид – совокупность популяций, особи которых занимают определенный ареал, способные скрещиваться и давать плодовитое потомство. | Особи Популяции | Популяционная экология |
Биогеоценотический | Биогеоценоз (сообщество живых организмов)+ Биотоп (участок абиотической среды) | Биогеоценоз – совокупность организмов разных видов, обитающих на определенной территории и взаимосвязанных между собой пространственными и пищеварительными связями. Осн. функция – круговорот веществ и энергии, который заключается в превращении энергии Солнца во все виды энергии. | Виды | Экология сообществ |
Биосферный | Биосфера | Биосфера – оболочка Земли, заселенная живыми организмами, включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. | Биогеоценозы | Экология |
Раздел 1.
Основы цитологии. Понятие цитологии. Предмет и задача цитологии.
Цитология – наука, изучающая строение, химический состав, развитие и функции, процессы воспроизведения, восстановления и адаптации клетки к меняющимся условиям среды.
Цитология, как самостоятельная наука возникла в середине XΙX века с выхода в свет клеточной теории Шлейдена и Шванна (1838-1839). За последние 20-30 лет из описательной науки превратилась в экспериментальную.
Задача современной цитологии: изучение детального строения клеток и их функционирования; исследование функций отдельных компонентов, воспроизведение клеток и приспособление к окружающей среде.
Цитология – фундамент для ряда наук (анатомия, гистология, генетика, физиология, биохимия, экология). Огромное значение цитология имеет для медицины т.к. любые заболевания имеют патологию конкретных клеток, что важно для понимания развития заболевания, диагностики, лечения и профилактики.
История развития цитологии.
Развитие цитологии связано с созданием и совершенствованием оптических устройств, позволяющих рассматривать и изучать клетки.
1610- голландский ученый Галилео Галилей сконструировал первый микроскоп, а после его усовершенствования в 1924 году его можно было использовать для первых исследований.
1665 – английский ученый Р. Гук с помощью увеличительных линз наблюдал в тонком срезе пробковой пластинки и назвал их клетками.
Во второй половине XVΙΙ века описания Гука легли в основу исследований анатомии растений Мальпиге, который подтверждал теорию Гука.
1680 – голландский ученый Антони ван Левенгук открыл мир одноклеточных и увидел клетки животных. Открыл и описал эритроциты, сперматозоиды, клетки сердечной мышцы.
Дальнейший прогресс в изучении клетки связан с развитием микроскопии XΙX века. Изменились представления о строении клеток: главным в организации клетки стала считаться не клеточная стенка, а цитоплазма (Пуркине, 1830г).
В 30х годах XΙX века английский ученый английский ученый Броун обнаружил в клетках растений ядро и предложил термин «ядро». Обнаружил ядро в клетках грибов и животных. Эти и другие многочисленные наблюдения позволили Шванну сделать ряд обобщений. Так Шванн показал, что клетки растений и животных принципиально схожи между собой. Шванном была сформулирована клеточная теория, т.к. при создании теории он пользовался трудами Шлейдена, то его так же считают создателем теории.
II. Изучение нового материала
I. Сообщение результатов тематического контроля
Урок
III. Описать процесс мейоза.
Тема: «Основные свойства и структурная организация живых организмов»
Всякое живое существо, обладающее совокупностью свойств, отличающих его от неживой материи, называется организмом (от поздне-лат. organizо - устраиваю, сообщаю стройный вид). Живые организмы происходят от одного зачатка: семени, споры, зиготы и т.д. Кроме того, они характеризуются рядом общих свойств и признаков. Так, живым организмам присуще высокоупорядоченное строение. Их структурной и функциональной единицей является клетка.
Все организмы представляют собой открытые системы , являющиеся устойчивыми лишь при условии непрерывного доступа к ним различных веществ и энергии извне. Живые организмы извлекают, преобразовывают и используют вещества и энергию окружающей среды и возвращают в нее продукты распада и преобразованную энергию, например, в виде тепла. Таким образом, для организмов характерен обмен веществ с окружающей средой и энергозависимость.
Живые организмы обладают способностью поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов. Недостаток поступления каких-либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает прекращение синтеза этих веществ. Это свойство называется саморегуляцией.
В течение жизни организмы претерпевают ряд количественных изменений (возрастает число клеток, масса), а также качественных (происходит дифференцировка клеток, образование тканей и органов, старение), т.е. происходит их рост и развитие.
Живые организмы размножаются, т.е. обладают свойством воспроизведения себе подобных.
Это свойство теснейшим образом связано с наследственностью - способностью организмов передавать свои признаки строения и свойства в неизменном виде потомкам. Это осуществляется с помощью носителей генетической информации - ДНК и РНК. Генетический материал определяет возможные пределы развития организма, его структур, функций и реакций на окружающую среду. В то же время потомки обычно бывают лишь похожи на своих родителей, но не идентичны им. Способность организмов приобретать новые свойства и признаки называется изменчивостью.
Живые организмы адаптированы (приспособлены) к среде обитания. Особенности строения, функций и поведения данного организма, соответствующие его образу жизни, называют адаптациями.
Живые организмы характеризуются раздражимостью - способностью отвечать на определенные внешние воздействия специфическими реакциями. Любое изменение в окружающей среде является раздражителем, а реакция организма - проявлением раздражимости. При неоднократном воздействии сходных раздражителей определенный способ реагирования на них может накапливаться в виде опыта, закрепляться и использоваться в дальнейшем.
Структурная организация живых организмов. Для современных организмов, населяющих нашу планету, характерны различные формы структурной организации. Наиболее часто встречаются следующие:
1. Организация в виде одноклеточного организма, тело которого представлено одной-единственной клеткой. Таковы бактерии, протисты и др.
2. Сифоновая организация. Организм, имеющий ее, представляет собой гигантскую многоядерную клетку, расчлененную на листовидную и корневидную части (рис. 4.1). Такая форма организации характерна для сифоновых водорослей и некоторых грибов.
3. Колониальная форма. Колонии представляют собой объединения клеток, возникающие путем клеточного деления. Примером колонии может служить вольвокс (рис. 4.2). Соседние клетки в колонии соединены между собой цитоплазматическими мостиками, вследствие чего клетки могут координировать свои реакции. Например, благодаря согласованному синхронному биению жгутиков колония вольвокса волчкообразно перемещается.
В колонии вольвокса наблюдается разделение функций между клетками: есть вегетативные клетки, обеспечивающие движение и питание, и генеративные, служащие для размножения. Такие колониальные организмы можно рассматривать как переходную форму к многоклеточным организмам.
4. Многоклеточные организмы. Их тело состоит из огромного множества клеток, которые дифференцированы по строению и выполняемым функциям. Многоклеточные организмы, в свою очередь, подразделяются на организмы без истинных тканей и организмы с истинными тканями. Тело многоклеточных организмов без истинных тканей не дифференцировано на вегетативные органы и не содержит тканей. Оно называется талломом (рис. 4.3). Талломную форму организации имеют грибы, большинство водорослей и некоторые наиболее примитивные моховидные, например печеночные мхи. Напротив, тело многоклеточных организмов с истинными тканями дифференцировано на вегетативные органы, которые образованы различными видами тканей. Такую структурную организацию имеют высшие растения и большинство животных.
У высших растений, за исключением моховидных, вегетативными органами являются корень, стебель и листья. У моховидных функцию корня выполняют ризоиды - нитевидные вытянутые клетки нижней части стебля. С помощью корней растение закрепляется в субстрате, осуществляет всасывание воды и минеральных веществ. Стебель выполняет опорную и проводящую функции. На стеблях развиваются почки (зачатки новых побегов и листьев) и генеративные органы (цветки и плоды). В листьях осуществляются процессы фотосинтеза, газообмена и транспирации. Растения ведут прикрепленный образ жизни, поэтому для них характерна радиальная симметрия.
Животные ведут в основном подвижный образ жизни (прикрепленный характерен только для некоторых водных форм), в связи с чем им, в отличие от растений, необходима компактная форма тела. Поэтому большинству животных свойственна двусторонняя симметрия и вытянутость тела в направлении движения. Для прикрепленных форм характерна радиальная симметрия (гидра, коралловые полипы).
Клетки и ткани у животных и человека образуют различные органы, объединенные в системы органов. Согласованность и координация работы всех систем органов осуществляется нервной и эндокринной системами, благодаря которым обеспечивается слаженное функционирование всего многоклеточного организма. Животным свойственны опорно-двигательная, пищеварительная, дыхательная, кровеносная, выделительная и половая системы, выполняющие свойственные им функции. У животных имеются также различные органы чувств (зрения, слуха, обоняния, вкуса, осязания и др.), с помощью которых они воспринимают разнообразные раздражения из окружающей среды.
Основными сойствами живых организмов, отличающими их от объектов неживой природы, являются следующие: высокоупорядоченное строение, обмен веществ с окружающей средой и энергозависимость, саморегуляция, рост и развитие, размножение, наследственность, изменчивость, способность к адаптациям, раздражимость.