NIVOI ORGANIZACIJE ŽIVOTA

Živa priroda je holistički, ali heterogen sistem, koji karakteriše hijerarhijska organizacija. Ispod sistem, u nauci razumeju jedinstvo, ili integritet, sastavljen od mnogih elemenata koji su u redovnim odnosima i vezama jedni s drugima. Glavne biološke kategorije, kao što su genom (genotip), ćelija, organizam, populacija, biogeocenoza, biosfera, su sistemi. Hijerarhijski naziva se sistem u kojem su dijelovi ili elementi raspoređeni od najnižeg prema najvišem. Dakle, u divljini, biosfera se sastoji od biogeocenoza predstavljenih populacijama organizama različite vrste, a tijela organizama imaju ćelijsku strukturu.

Hijerarhijski princip organizacije omogućava izdvajanje pojedinca nivoi,što je zgodno sa stanovišta proučavanja života kao složenog prirodnog fenomena.

Široko se koristi u biomedicinskoj nauci nivo klasifikacije u skladu sa najvažnijim dijelovima, strukturama i komponentama tijela, koji su neposredni objekti proučavanja istraživača različitih specijalnosti. Takvi objekti mogu biti organizam kao takav, organi, tkiva, ćelije, unutarćelijske strukture, molekule. Odabir nivoa klasifikacije koji se razmatra dobro se slaže sa rezolucijom metoda koje koriste biolozi i liječnici: proučavanje predmeta golim okom, pomoću lupe, svjetlosno-optičkog mikroskopa, elektronskog mikroskopa , te savremene fizičko-hemijske metode. Odnos između ovih nivoa i tipičnih veličina proučavanih bioloških objekata je takođe očigledan (tabela 1.1).

Tabela 1.1. Nivo organizacije (proučavanja) dodijeljen u višećelijskom organizmu (prema E. Ds. Roberts et al., 1967, sa promjenama)

Međuprožimanje ideja i metoda različitih oblasti prirodnih nauka (fizika, hemija, biologija), pojava nauka na spoju ovih oblasti (biofizika, biohemija, molekularna biologija) dovela je do proširenja klasifikacije, sve do izdvajanja molekularnog i elektronsko-atomskog nivoa. Mediko-biološka istraživanja sprovedena na ovim nivoima već pružaju praktičan pristup javnom zdravlju. Tako se uređaji bazirani na fenomenima elektronske paramagnetne i nuklearne magnetne rezonancije uspješno koriste za dijagnosticiranje bolesti i stanja organizma.

Sposobnost istraživanja osnovnih bioloških procesa koji se odvijaju u tijelu na ćelijskom, supćelijskom, pa čak i molekularnom nivou je izvanredna, ali ne i jedina. žig moderna biologija. Karakterizira ga dubinski interes za procese u zajednicama organizama koji određuju planetarnu ulogu života.

Dakle, klasifikacija je dopunjena supraorganizmskim nivoima, kao što su vrsta, biogeocenotski, biosferski.

Gore razmotrenu klasifikaciju prati većina specifičnih biomedicinskih i antropobioloških nauka. To nije iznenađujuće, jer odražava nivoe organizacije žive prirode kroz istorijski utvrđene nivoe njenog proučavanja. Cilj predmeta biologije na medicinskom fakultetu je naučiti najviše kompletan opis biološko "naslijeđe" ljudi. Da bi se riješio ovaj problem, preporučljivo je koristiti klasifikaciju koja najpribližnije odražava nivoe organizacije života.

U imenovanoj klasifikaciji izdvajaju se molekularno-genetski, ćelijski, organizmski ili ontogenetski, populacijsko-specifični, biogeocenotski nivoi. Posebnost ove klasifikacije leži u činjenici da se u njoj određuju pojedinačni nivoi hijerarhijskog sistema života na osnovu alokacije za svaki nivo. elementarna jedinica I elementarni fenomen. Elementarna jedinica je struktura ili predmet čije redovne promjene, označene kao elementarna pojava, daju svoj doprinos na odgovarajućem nivou procesu očuvanja i razvoja života. Korespondencija istaknutih razina s ključnim točkama evolucijskog procesa, izvan kojih ne stoji nijedno živo biće, čini ih univerzalnim, protežući se na cijelo područje života, uključujući čovjeka.

Osnovna jedinica uključena molekularno genetski nivo gen je fragment molekule nukleinske kiseline, u kojem je zabilježena kvalitativno i kvantitativno određena količina bioloških (genetskih) informacija. Elementarni fenomen se sastoji prvenstveno u procesu konvarijantna reduplikacija, ili samoreprodukcija, uz mogućnost nekih promjena u sadržaju informacije kodirane u genu. Replikacijom DNK kopiraju se biološke informacije sadržane u genima, čime se osigurava kontinuitet i očuvanje (konzervativnost) svojstava organizama u nizu generacija. Reduplikacija je stoga osnova naslijeđa.

Zbog ograničene stabilnosti molekula ili grešaka u sintezi u DNK (s vremena na vrijeme, ali neizbježno), dolazi do poremećaja koji mijenjaju informacije gena. U kasnijoj replikaciji DNK, ove promjene se reproduciraju u kopijnim molekulima i nasljeđuju organizmi generacije kćeri. Ove promjene se javljaju i repliciraju prirodnim putem, što replikaciju DNK čini kovarijantnom, tj. javlja se ponekad uz neke modifikacije. Ove promjene u genetici se nazivaju genetski(ili istina) mutacije. Konvarijantnost replikacije stoga služi kao osnova za mutacijske varijacije.

Biološke informacije sadržane u molekulima DNK nisu direktno uključene u životne procese. Prelazi u aktivni oblik, prenosi se na proteinske molekule. Označeni prijenos se vrši zahvaljujući mehanizmu matrična sinteza, u kojoj originalna DNK služi, kao iu slučaju reduplikacije, kao šablon (forma), ali za formiranje ne kćerke DNK molekule, već glasničke RNK koja kontrolira biosintezu proteina. Navedeno daje osnovu da se matrična sinteza informacionih makromolekula klasifikuje kao elementarni fenomen na molekularno-genetskom nivou organizacije života.

Otelotvorenje bioloških informacija u specifičnim životnim procesima zahteva posebne strukture, energiju i razne hemikalije (supstrate). Gore opisani uvjeti u divljini osigurava ćelija, koja služi kao elementarna struktura ćelijski nivo. Predstavljen je elementarni fenomen ćelijske metaboličke reakciječine osnovu tokova energije, supstanci i informacija. Zahvaljujući aktivnosti ćelije, supstance koje dolaze spolja pretvaraju se u supstrate i energiju, koje se koriste (u skladu sa dostupnim genetskim informacijama) u procesu biosinteze proteina i drugih jedinjenja neophodnih organizmu. Tako se na ćelijskom nivou konjugiraju mehanizmi prenosa bioloških informacija i transformacije supstanci i energije. Elementarni fenomen na ovom nivou služi kao energetska i materijalna osnova života na svim ostalim nivoima njegove organizacije.

elementarna jedinica tijelo / taj nivo je pojedinac u svom razvoju od trenutka nastanka do prestanka postojanja kao živog sistema, što nam takođe omogućava da ovaj nivo nazovemo ontogenetski. Redovne promjene u organizmu u individualnom razvoju predstavljaju elementarni fenomen ovog nivoa. Ove promjene osiguravaju rast organizma, diferencijaciju njegovih dijelova i, istovremeno, integraciju razvoja u jedinstvenu cjelinu, specijalizaciju ćelija, organa i tkiva. Tokom ontogeneze pod određenim uslovima spoljašnje okruženje odvija se utjelovljenje nasljednih informacija u biološke strukture i procese, na osnovu genotipa formira se fenotip organizama date vrste.

elementarna jedinica nivo populacije-vrste služi stanovništvo - grupa jedinki iste vrste. Povezivanje pojedinaca u populaciju nastaje zbog zajedništva genetski fond, koristi se u procesu seksualne reprodukcije za stvaranje genotipova jedinki sljedeće generacije. Stanovništvo, zbog mogućnosti međupopulacijskih ukrštanja, jeste otvoreni genetski sistem. Djelovanje na genetski fond populacije elementarnih evolucijskih faktora, kao što su proces mutacije, fluktuacije u broju jedinki, prirodna selekcija, dovodi do evolucijski značajnih promjena u genskom fondu, koji predstavljaju elementarne pojave na datom nivou.

Organizmi jedne vrste naseljavaju teritoriju sa poznatim abiotičkim parametrima (klima, hemija tla, hidrološki uslovi) i komuniciraju sa organizmima drugih vrsta. U procesu spajanja istorijski razvoj na određenoj teritoriji organizama različitih sistematskih grupa formiraju se dinamične, vremenski stabilne zajednice - biogeocenoze, koji služe kao osnovna jedinica biogeocenotski(ekosistem) nivo. Elementarnu pojavu na razmatranom nivou predstavljaju energetski tokovi i ciklusi materije. Vodeća uloga u tim ciklusima i tokovima pripada živim organizmima. Biogeocenoza je sistem otvoren u materijalnom i energetskom smislu. Biogeocenoze, koje se razlikuju po sastavu vrsta i karakteristikama svog abiotičkog dijela, ujedinjene su na planeti u jedinstven kompleks - područje ​rasprostranjenosti života, tj. biosfera.

Gore navedeni nivoi odražavaju najvažnije biološke fenomene bez kojih je evolucija, a samim tim i samo postojanje života nemogući. Iako su elementarne jedinice i fenomeni na istaknutim nivoima različiti, svi su oni međusobno usko povezani, rešavajući svoj specifični zadatak u okviru jednog evolucionog procesa. Elementarni temelji ovog procesa povezani su sa konvarijantnom reduplikacijom na molekularno-genetičkom nivou u vidu fenomena nasljednosti i prave mutacijske varijabilnosti. Posebna uloga ćelijskog nivoa je u energetskoj, materijalnoj i informacionoj podršci onome što se dešava na svim ostalim nivoima. Na ontogenetskom nivou, biološke informacije sadržane u genima transformišu se u kompleks znakova i svojstava organizma. Rezultirajući fenotip postaje dostupan djelovanju prirodne selekcije. Na nivou populacija-vrsta utvrđuje se evolucijska vrijednost promjena na molekularno-genetičkom, ćelijskom i ontogenetskom nivou. Specifična uloga biogeocenotskog nivoa sastoji se u formiranju zajednica organizama različitih vrsta prilagođenih zajedničkom životu u određenom staništu. Važna karakteristika ovakvih zajednica je njihova stabilnost tokom vremena.

Razmatrani nivoi odražavaju opštu strukturu evolucionog procesa, čiji je prirodni rezultat čovek. Dakle, elementarne strukture i fenomeni tipični za ove nivoe važe i za ljude, međutim, sa nekim posebnostima zbog njihove društvene suštine.

NIVOI ŽIVOTNE ORGANIZACIJE

Postoje molekularni, ćelijski, tkivni, organ, organizam, populacija, vrsta, biocenotički i globalni (biosferski) nivoi organizacije živog. Na svim ovim nivoima ispoljavaju se sva svojstva karakteristična za živa bića. Svaki od ovih nivoa karakterišu karakteristike svojstvene drugim nivoima, ali svaki nivo ima svoje specifične karakteristike.

Molekularni nivo. Ovaj nivo je duboko u organizaciji živog i predstavljen je molekulima nukleinskih kiselina, proteina, ugljenih hidrata, lipida i steroida koji se nalaze u ćelijama i nazivaju se biološkim molekulima. Na ovom nivou pokreću se i provode najvažniji procesi vitalne aktivnosti (kodiranje i prijenos nasljednih informacija, disanje, metabolizam i metabolizam energije, varijabilnost itd.). Fizičko-hemijska specifičnost ovog nivoa leži u činjenici da sastav živih uključuje veliki broj hemijski elementi, ali najveći dio života predstavljaju ugljik, kisik, vodonik i dušik. Molekule se formiraju iz grupe atoma, a od njih nastaju složena hemijska jedinjenja, koja se razlikuju po strukturi i funkciji. Većina ovih spojeva u stanicama predstavljena je nukleinskim kiselinama i proteinima, čije su makromolekule polimeri sintetizirani kao rezultat stvaranja monomera i njihove kombinacije određenim redoslijedom. Osim toga, monomeri makromolekula unutar istog jedinjenja imaju iste hemijske grupe i povezani su hemijskim vezama između atoma, njihovim nespecifičnim

kalni dijelovi (područja). Sve makromolekule su univerzalne, jer su građene po istom planu, bez obzira na njihovu vrstu. Budući da su univerzalni, oni su istovremeno i jedinstveni, jer je njihova struktura jedinstvena. Na primjer, sastav DNK nukleotida uključuje jednu dušičnu bazu od četiri poznate (adenin, gvanin, citozin ili timin), zbog čega je svaki nukleotid jedinstven po svom sastavu. Sekundarna struktura molekula DNK je također jedinstvena.

Biološka specifičnost molekularnog nivoa određena je funkcionalnom specifičnošću bioloških molekula. Na primjer, specifičnost nukleinskih kiselina leži u činjenici da one kodiraju genetske informacije za sintezu proteina. Štaviše, ovi procesi se odvijaju kao rezultat istih faza metabolizma. Na primjer, biosinteza nukleinskih kiselina, aminokiselina i proteina slijedi sličan obrazac u svim organizmima. Oksidacija masnih kiselina, glikoliza i druge reakcije su također univerzalne.

Specifičnost proteina određena je specifičnim slijedom aminokiselina u njihovim molekulima. Ova sekvenca definiše dalje specifične biološka svojstva proteini, jer su oni glavni blokovićelije, katalizatori i regulatori reakcija u ćelijama. Ugljikohidrati i lipidi služe kao najvažniji izvori energije, dok su steroidi važni za regulaciju brojnih metaboličkih procesa.

Na molekularnom nivou energija se pretvara - energija zračenja u hemijsku energiju pohranjenu u ugljenim hidratima i drugim hemijskim jedinjenjima, a hemijska energija ugljenih hidrata i drugih molekula - u biološki dostupnu energiju pohranjenu u obliku makroergijskih veza ATP-a. Konačno, ovdje se energija makroergijskih fosfatnih veza pretvara u rad - mehanički, električni, hemijski, osmotski. Mehanizmi svih metaboličkih i energetskih procesa su univerzalni.

Biološki molekuli također osiguravaju kontinuitet između molekula i sljedećeg nivoa (ćelijskog), budući da su materijal od kojeg se formiraju supramolekularne strukture. Molekularni nivo je "arena" hemijske reakcije koji obezbjeđuju energiju na ćelijskom nivou.

Ćelijski nivo. Ovaj nivo organizacije živih predstavljaju ćelije koje deluju kao nezavisne organizacije.

mov (bakterije, protozoe, itd.), kao i ćelije višećelijskih organizama. Glavna specifičnost ovog nivoa je da život počinje od njega. Pošto su sposobne za život, rast i reprodukciju, ćelije su glavni oblik organizacije žive materije, elementarne jedinice od kojih su izgrađena sva živa bića (prokarioti i eukarioti). Ne postoje fundamentalne razlike u strukturi i funkciji između biljnih i životinjskih ćelija. Neke razlike se odnose samo na strukturu njihovih membrana i pojedinačnih organela. Uočljive su razlike u strukturi između prokariotskih ćelija i eukariotskih ćelija, ali su u funkcionalnom smislu te razlike nivelisane, jer pravilo „ćelija od ćelije“ važi svuda.

Specifičnost ćelijskog nivoa je određena specijalizacijom ćelija, postojanjem ćelija kao specijalizovanih jedinica višećelijskog organizma. Na ćelijskom nivou dolazi do diferencijacije i uređenja vitalnih procesa u prostoru i vremenu, što je povezano sa ograničenjem funkcija na različite subćelijske strukture. Na primjer, eukariotske ćelije imaju značajno razvijene membranske sisteme (plazma membrana, citoplazmatski retikulum, lamelarni kompleks) i ćelijske organele (nukleus, hromozomi, centriole, mitohondrije, plastidi, lizozomi, ribozomi). Membranske strukture su "arena" najvažnijih životnih procesa, a dvoslojna struktura membranskog sistema značajno povećava površinu "arene". Osim toga, membranske strukture omogućavaju prostorno odvajanje mnogih bioloških molekula u stanicama, a njihovo fizičko stanje omogućava konstantno difuzno kretanje nekih molekula proteina i fosfolipida sadržanih u njima. Dakle, membrane su sistem čije su komponente u pokretu. Karakteriziraju ih različita preraspodjela, što određuje razdražljivost stanica - najvažnija imovinaživ.

nivo tkiva. Ovaj nivo predstavljaju tkiva koja kombinuju ćelije određene strukture, veličine, lokacije i sličnih funkcija. Tkiva su nastala tokom istorijskog razvoja zajedno sa višećelijnošću. Kod višećelijskih organizama nastaju tokom ontogeneze kao rezultat diferencijacije ćelija. Kod životinja se razlikuje nekoliko vrsta tkiva (epitelno, vezivno, mišićno, krvno, nervno i reproduktivno). Trke

senke razlikuju meristematsko, zaštitno, osnovno i provodno tkivo. Na ovom nivou dolazi do specijalizacije ćelija.

Nivo organa. Predstavljen organima organizama. U biljkama i životinjama organi se formiraju od različitu količinu tkanine. Kod protozoa, probavu, disanje, cirkulaciju tvari, izlučivanje, kretanje i razmnožavanje provode različite organele. Napredniji organizmi imaju organske sisteme. Kičmenjake karakterizira cefalizacija, koja se sastoji u koncentraciji najvažnijih nervnih centara i osjetilnih organa u glavi.

Nivo organizma. Ovaj nivo predstavljaju sami organizmi - jednoćelijski i višećelijski organizmi biljne i životinjske prirode. Specifičnost nivoa organizma je da se na ovom nivou odvija dekodiranje i implementacija genetskih informacija, stvaranje strukturnih i funkcionalnih karakteristika svojstvenih organizmima određene vrste.

nivo vrste. Ovaj nivo određuju biljne i životinjske vrste. Trenutno postoji oko 500 hiljada biljnih vrsta i oko 1,5 miliona životinjskih vrsta, čije predstavnike karakteriše široka raznolikost staništa i zauzimaju različita ekološke niše. Vrsta je također jedinica klasifikacije živih bića.

nivo populacije. Biljke i životinje ne postoje u izolaciji; ujedinjeni su u populacije koje karakteriše određeni genski fond. Unutar iste vrste može postojati od jedne do više hiljada populacija. U populacijama se provode elementarne evolucijske transformacije, razvija se novi adaptivni oblik.

Biocenotski nivo. Predstavljen je biocenozama - zajednicama organizama različitih vrsta. U takvim zajednicama organizmi različitih vrsta u određenoj mjeri ovise jedni o drugima. U toku istorijskog razvoja razvile su se biogeocenoze (ekosistemi), koji su sistemi koji se sastoje od međusobno zavisnih zajednica organizama i abiotskih faktora sredine. Ekosisteme karakteriše ravnoteža tečnosti između organizama i abiotički faktori. Na tom nivou se odvijaju materijalno-energetski ciklusi povezani sa vitalnom aktivnošću organizama.

Globalni (biosferski) nivo. Ovaj nivo je najviši oblik organizacije živog (živih sistema). Predstavlja ga biosfera. Na ovom nivou, svi ciklusi materije i energije su ujedinjeni u jedan džinovski biosferski ciklus supstanci i energije.

Postoji dijalektičko jedinstvo između različitih nivoa organizacije života. Život je organizovan prema tipu sistemske organizacije, čija je osnova hijerarhija sistema. Prelazak sa jednog nivoa na drugi povezan je sa očuvanjem funkcionalnih mehanizama koji funkcionišu na prethodnim nivoima, a praćen je pojavom strukture i funkcija novih tipova, kao i interakcijom koju karakterišu nove karakteristike, tj. pojavljuje se novi kvalitet.

2. Nukleinske kiseline (DNK i RNK) i proteini privlače pažnju kao supstrat života. Nukleinske kiseline su složena hemijska jedinjenja koja sadrže ugljenik, kiseonik, vodonik, azot i fosfor. DNK je genetski materijal ćelija i određuje hemijsku specifičnost gena. Pod kontrolom DNK odvija se sinteza proteina u kojoj učestvuje RNK. Svi živi organizmi u prirodi sastoje se od istih nivoa organizacije; ovo je karakterističan biološki obrazac zajednički svim živim organizmima. Razlikuju se sljedeći nivoi organizacije živih organizama: Molekularno-genetski nivo.

Ovo je najelementarnija karakteristika života. Bez obzira koliko složena ili jednostavna struktura bilo kojeg živog organizma, svi se sastoje od istih molekularnih spojeva. Primjer za to su nukleinske kiseline, proteini, ugljikohidrati i drugi složeni molekularni kompleksi organskih i neorganskih tvari.

Ponekad se nazivaju biološkim makromolekularnim supstancama. Na molekularnom nivou odvijaju se različiti životni procesi živih organizama: metabolizam, pretvaranje energije. Uz pomoć molekularnog nivoa vrši se prijenos nasljednih informacija, formiraju se pojedinačne organele i drugi procesi.

Ćelijski nivo.

Ćelija je strukturna i funkcionalna jedinica svih živih organizama na Zemlji. Pojedinačne organele u ćeliji imaju karakterističnu strukturu i obavljaju specifičnu funkciju. Funkcije pojedinih organela u ćeliji su međusobno povezane i obavljaju zajedničke životne procese.

Kod jednoćelijskih organizama (jednoćelijske alge i protozoe) svi životni procesi odvijaju se u jednoj ćeliji, a jedna ćelija postoji kao poseban organizam. Prisjetite se jednoćelijskih algi, hlamidomonas, klorele i protozoa - amebe, infuzorije itd. Kod višećelijskih organizama jedna ćelija ne može postojati kao poseban organizam, već je elementarna strukturna jedinica organizma.

nivo tkiva.

Skup ćelija i međućelijskih supstanci sličnih po porijeklu, strukturi i funkcijama čini tkivo. Nivo tkiva je tipičan samo za višećelijske organizme. Takođe, pojedinačna tkiva nisu samostalan holistički organizam. Na primjer, tijela životinja i ljudi se sastoje od četiri različita tkiva (epitelnog, vezivnog, mišićnog i nervnog). Biljna tkiva nazivaju se: obrazovna, integumentarna, potporna, provodna i ekskretorna. Prisjetite se strukture i funkcija pojedinih tkiva.

Nivo organa.

U višećelijskim organizmima, spoj nekoliko identičnih tkiva, sličnih po strukturi, porijeklu i funkcijama, formira nivo organa. Svaki organ sadrži nekoliko tkiva, ali među njima je jedno najznačajnije. Zaseban organ ne može postojati kao cijeli organizam. Nekoliko organa, sličnih po građi i funkciji, ujedinjuju se u jedan organski sistem, na primjer, probavu, disanje, cirkulaciju krvi itd.

Nivo organizma.

Biljke (chlamydomonas, chlorella) i životinje (amebe, infuzorije itd.), čija se tijela sastoje od jedne ćelije, samostalni su organizam. Zasebna jedinka višećelijskih organizama smatra se zasebnim organizmom. U svakom pojedinom organizmu odvijaju se svi vitalni procesi svojstveni svim živim organizmima - ishrana, disanje, metabolizam, razdražljivost, razmnožavanje itd. Svaki samostalni organizam za sobom ostavlja potomstvo.

U višećelijskim organizmima ćelije, tkiva, organi i sistemi organa nisu poseban organizam. Samo integralni sistem organa specijalizovan za obavljanje različitih funkcija čini poseban samostalan organizam. Razvoj organizma, od oplodnje do kraja života, traje određeno vremensko razdoblje. Ovaj individualni razvoj svakog organizma naziva se ontogenija. Organizam može postojati u bliskoj vezi sa okolinom.

Nivo populacija-vrsta.

Agregat jedinki jedne vrste ili grupe koji dugo postoji u određenom dijelu areala relativno odvojen od drugih agregata iste vrste čini populaciju. Na nivou populacije provode se najjednostavnije evolucijske transformacije, što doprinosi postepenom nastanku nove vrste.

Biogeocenotski nivo.

Ukupnost organizama različitih vrsta i organizacija različite složenosti, prilagođenih istim uslovima sredine, naziva se biogeocenoza ili prirodna zajednica. Sastav biogeocenoze uključuje brojne vrste živih organizama i životne sredine. U prirodnim biogeocenozama energija se akumulira i prenosi iz jednog organizma u drugi. Biogeocenoza uključuje neorganska, organska jedinjenja i žive organizme.

biosferskom nivou.

Ukupnost svih živih organizama na našoj planeti i njihovo zajedničko prirodno stanište čini nivo biosfere. Na nivou biosfere, moderna biologija odlučuje globalnih problema, na primjer, određivanje intenziteta formiranja slobodnog kisika od strane vegetacijskog pokrivača Zemlje ili promjene koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi povezane s ljudskim aktivnostima.

Posebno se svojstva živih bića mogu nazvati:

1. Samoobnavljanje, koje je povezano sa stalnom razmjenom materije i energije, a koje se zasniva na sposobnosti pohranjivanja i korištenja bioloških informacija u obliku jedinstvenih informacijskih molekula: proteina i nukleinskih kiselina.

2. Samoreprodukcija, koja osigurava kontinuitet između generacija bioloških sistema.

3. Samoregulacija, koja se zasniva na protoku materije, energije i informacija.

4. Većina hemijskih procesa u tijelu nije u dinamičkom stanju.

5. Živi organizmi su sposobni za rast.

trajno, koje provode cijeli životni ciklus u organizmu domaćina, koristeći ga kao izvor hrane i staništa (na primjer, ascaris, trakavica, vaške);

A) intrakavitarno - lokalizirani u šupljinama povezanim s vanjskim okruženjem (na primjer, u crijevima - ascaris, bič);

b) tkiva lokaliziran u tkivima i zatvorenim šupljinama; (npr. jetreni metilj, cisticerci trakavice);

V) intracelularno- lokalizovan u ćelijama; (npr. malarijske plazmodija, toksoplazma).

dodatno, ili drugi posredni domaćini (npr. riba za mačji metilj);

1) Alimentary(kroz usta s hranom) - jaja helminta, ciste protozoa u slučaju nepoštivanja pravila lične higijene i higijene hrane (povrće, voće); larve helminta (trihinela) i vegetativnih oblika protozoa (toksoplazma) uz nedovoljnu kulinarsku obradu mesnih proizvoda.

2) Vazdušno(preko sluzokože respiratornog trakta) - virusi (gripa) i bakterije (difterija, kuga) i neke protozoe (toksoplazma).

3) Kontaktirajte domaćinstvo(direktan kontakt sa bolesnom osobom ili životinjom, preko posteljine i kućnih predmeta) - jaja kontaktnih helminta (pinworm, patuljasta trakavica) i mnogih člankonožaca (uši, šuga).

4) Transmissible- uz učešće nosioca - člankonožaca:

A) inokulacija - kroz proboscis pri sisanju krvi (malarijski plazmodija, tripanosomi);

b) kontaminacija- pri češljanju i utrljavanju izmeta ili hemolimfe nosača u kožu (ušljivi tifus, kuga).

Transplacentalno(kroz placentu) - toksoplazma, malarična plazmodija.

Seksualno(tokom seksualnog odnosa) - virus AIDS-a, Trichomonas.

Transfuzija(tokom transfuzije krvi) - virus AIDS-a, malarijski plazmodija, tripanosomi.

a) visoko prilagođeni(kontradikcije u sistemu se praktično ne pojavljuju);

Razlikuju se sljedeći oblici ispoljavanja specifičnosti:

aktualno: određena lokalizacija u domaćinu (uši, grinje, crijevni helminti);

Dob(pinworms i patuljasta trakavica češće pogađaju djecu);

sezonski(izbijanje amebne dizenterije povezano je s proljetno-ljetnim periodom, trihineloze - s jesensko-zimskim periodom).

Najteža stvar u životu je jednostavnost.

A. Koni

ELEMENTARNI SASTAV ORGANIZAMA

Molekularni nivo organizacije života

- ovo je nivo organizacije čija svojstva određuju hemijski elementi i molekuli i njihovo učešće u procesima transformacije supstanci, energije i informacija. Primjena strukturno-funkcionalnog pristupa razumijevanju života na ovom nivou organizacije omogućava nam da identifikujemo glavne strukturne komponente i procese koji određuju strukturno i funkcionalno uređenje nivoa.

Strukturna organizacija molekularnog nivoa. Elementarne strukturne komponente molekularnog nivoa organizacije života su hemijski elementi Kako određene vrste atoma, a nisu međusobno povezani i sa svojim specifičnim svojstvima. Raspodjela hemijskih elemenata u biosistemima određena je upravo ovim svojstvima, a prvenstveno zavisi od veličine naboja jezgra. Nauka koja proučava distribuciju hemijskih elemenata i njihov značaj za biosisteme naziva se biogeohemija. Osnivač ove nauke bio je briljantni ukrajinski naučnik V. I. Vernadsky, koji je otkrio i objasnio vezu između žive i nežive prirode kroz biogeni tok atoma i molekula u realizaciji njihovih osnovnih životnih funkcija.

Hemijski elementi se spajaju u formu oprostio složena neorganska jedinjenja, koje su zajedno sa organskim supstancama molekularne komponente molekularnog nivoa organizacije. Proste supstance (kiseonik, azot, metali itd.) nastaju od hemijski spojenih atoma istog elementa, a složene supstance (kiseline, soli itd.) se sastoje od atoma različitih hemijskih elemenata.

Od jednostavnih i složenih neorganskih supstanci do biološki sistemi formirana intermedijerna jedinjenja(na primjer, acetat, keto kiseline), koje formiraju jednostavne organska materija, ili male biomolekule. To su, prije svega, četiri klase molekula - masne kiseline, monosaharidi, aminokiseline i nukleotidi. nazivaju se građevnim blokovima, jer se od njih grade molekuli sljedećeg hijerarhijskog podnivoa. Jednostavne strukturne biomolekule se međusobno kombinuju različitim kovalentnim vezama, formirajući makromolekule. To su tako važne klase kao što su lipidi, proteini, oligo- i polisaharidi i nukleinske kiseline.

U biosistemima, makromolekule se mogu kombinovati kroz nekovalentne interakcije u supramolekularni kompleksi. Nazivaju se i intermolekularni kompleksi, ili molekularni ansambli, ili složeni biopolimeri (na primjer, kompleksni enzimi, kompleksni proteini). Na najvišem, već ćelijskom nivou organizacije, supramolekularni kompleksi se kombinuju sa formiranjem ćelijskih organela.

Dakle, molekularni nivo karakterizira određena strukturna hijerarhija molekularne organizacije: hemijski elementi - jednostavna i složena neorganska jedinjenja - intermedijari - male organske molekule - makromolekule - supramolekularni kompleksi.

Funkcionalna organizacija na molekularnom nivou . Molekularni nivo organizacije žive prirode kombinuje i velika količina razne hemijske reakcije koje određuju njegovu urednost u vremenu. Hemijske reakcije su pojave u kojima se neke tvari određenog sastava i svojstva pretvaraju u druge tvari. - sa drugačijim sastavom i drugim svojstvima. reakcije između elemenata, neorganske supstance nisu specifične za živa bića, specifično za život postoji određeni red ovih reakcija, njihov redosled i kombinovanje u integralni sistem. Postoje različite klasifikacije hemijskih reakcija. Na osnovu promjena u količini početnih i konačnih tvari razlikuju se 4 vrste reakcija: poruke, proširenja, razmjena I zamjena. Ovisno o korištenju energije, emituju egzotermna(energija se oslobađa) i endotermni(energija se apsorbuje). Organska jedinjenja su takođe sposobna za različite hemijske transformacije, koje se mogu odvijati kako bez promena u ugljeničnom skeletu, tako i sa promenama. Reakcije bez promjene karbonskog skeleta su reakcije supstitucije, adicije, eliminacije, izomerizacije. TO reakcije sa promjenom ugljičnog skeleta uključuju reakcije kao što su produženje lanca, skraćivanje lanca, izomerizacija lanca, ciklizacija lanca, otvaranje prstena, kontrakcija prstena i širenje prstena. Velika većina reakcija u biosistemima su enzimske i formiraju agregat koji se naziva metabolizam. Glavne vrste enzimskih reakcija redoks, transfer, hidroliza, nehidrolitička razgradnja, izomerizacija i sinteza. U biološkim sistemima se između organskih molekula mogu odvijati i reakcije polimerizacije, kondenzacije, matrične sinteze, hidrolize, biološke katalize itd. Većina reakcija između organskih jedinjenja je specifična za živu prirodu i ne može se dogoditi u neživoj.

Nauke koje proučavaju molekularni nivo. Glavne nauke koje proučavaju molekularni nivo su biohemija i molekularna biologija. Biohemija je nauka o suštini životnih pojava i njihova osnova je metabolizam, a pažnja molekularne biologije, za razliku od biohemije, usmerena je uglavnom na proučavanje strukture i funkcija proteina.

Biohemija - nauka koja proučava hemijski sastav organizmi, struktura, svojstva, značaj hemijskih jedinjenja koja se nalaze u njima i njihova transformacija u procesu metabolizma. Termin "biohemija" prvi put je predložen 1882. godine, međutim, vjeruje se da je dobio široku upotrebu nakon rada njemačkog hemičara K. Neuberga 1903. godine. Biohemija kao samostalna nauka formirana je u drugoj polovini 19. veka. Hvala za naučna djelatnost poznati biohemičari kao što su A. M. Butlerov, F. Wehler, F. Misher, A. Ya. Danilevsky, Yu. Liebikh, L. Pasteur, E. Buchner, K. A. Timiryazev, M. I. Lunin i dr. Savremena biohemija, zajedno sa molekularnom biologijom, bioorganskom hemijom, biofizikom, mikrobiologijom, čine jedinstven kompleks međusobno povezanih nauka – fizičke i hemijske biologije, koja proučava fizičke i hemijske osnove žive materije. Jedan od opštih zadataka biohemije je uspostavljanje mehanizama funkcionisanja biosistema i regulacije vitalne aktivnosti ćelije, koji obezbeđuju jedinstvo metabolizma i energije u organizmu.

Molekularna biologija - nauka koja proučava biološke procese na nivou nukleinskih kiselina i proteina i njihovih supramolekularnih struktura. Datumom nastanka molekularne biologije kao samostalne nauke smatra se 1953. godina, kada su F. Crick i J. Watson, na osnovu podataka biohemije i difrakcije rendgenskih zraka, predložili model trodimenzionalne strukture DNK, koji zvala se dvostruka spirala. Najvažniji dijelovi ove nauke su molekularna genetika, molekularna virologija, enzimologija, bioenergetika, molekularna imunologija i molekularna razvojna biologija. Osnovni zadaci molekularne biologije su uspostavljanje molekularnih mehanizama glavnih bioloških procesa zbog strukturnih i funkcionalnih svojstava i interakcije nukleinskih kiselina i proteina, kao i proučavanje regulacionih mehanizama ovih procesa.

Metode za proučavanje života na molekularnom nivou formirane su uglavnom u 20. veku. Najčešći od njih su kromatografija, ultracentrifugiranje, elektroforeza, analiza difrakcije rendgenskih zraka, fotometrija, spektralna analiza, metoda praćenja i sl.

Nivoi organizacije života

U organizaciji živog, uglavnom se razlikuju molekularni, ćelijski, tkivni, organi, organizmi, populacije, vrste, biocenotički i globalni (biosferski). Na svim ovim nivoima ispoljavaju se sva svojstva karakteristična za živa bića. Svaki od ovih nivoa karakterišu karakteristike svojstvene drugim nivoima, ali svaki nivo ima svoje specifične karakteristike.

Molekularni nivo. Ovaj nivo je duboko u organizaciji živog i predstavljen je molekulima nukleinskih kiselina, proteina, ugljikohidrata, lipida i steroida koji se nalaze u ćelijama i, kao što je već rečeno, nazivaju se biološkim molekulima.

Veličine bioloških molekula karakterizira prilično značajna raznolikost, koja je određena prostorom koji zauzimaju u živoj tvari. Najmanji biološki molekuli su nukleotidi, aminokiseline i šećeri. Naprotiv, proteinske molekule karakteriziraju mnogo veće veličine. Na primjer, promjer ljudskog molekula hemoglobina je 6,5 nm.

Biološke molekule se sintetiziraju od prekursora niske molekularne težine, a to su ugljični monoksid, voda i atmosferski dušik, a koji se u procesu metabolizma pretvaraju preko međuspojeva sve veće molekulske mase (građevinski blokovi) u biološke makromolekule velike molekulske mase (sl. 42). Na ovom nivou počinju i provode se najvažniji procesi vitalne aktivnosti (kodiranje i prijenos nasljednih informacija, disanje, metabolizam i energija, varijabilnost itd.).

Fizičko-hemijska specifičnost ovog nivoa leži u činjenici da sastav živog uključuje veliki broj hemijskih elemenata, ali glavni elementarni sastav živog predstavljaju ugljenik, kiseonik, vodonik, azot. Molekule se formiraju od grupa atoma, a od njih nastaju složena hemijska jedinjenja, koja se razlikuju po strukturi i funkciji. Većina ovih spojeva u stanicama predstavljena je nukleinskim kiselinama i proteinima, čije su makromolekule polimeri sintetizirani kao rezultat stvaranja monomera, a spojevi potonjih određenim redoslijedom. Osim toga, monomeri makromolekula unutar istog spoja imaju iste kemijske grupe i povezani su pomoću kemijskih veza između atoma njihovih nespecifičnih dijelova (mjesta).

Sve makromolekule su univerzalne, jer su građene po istom planu, bez obzira na njihovu vrstu. Budući da su univerzalni, oni su istovremeno i jedinstveni, jer je njihova struktura jedinstvena. Na primjer, sastav DNK nukleotida uključuje jednu dušičnu bazu od četiri poznate (adenin, gvanin, citozin i timin), zbog čega je svaki nukleotid ili bilo koji niz nukleotida u molekulima DNK jedinstven po svom sastavu, baš kao što je sekundarna struktura molekula DNK je također jedinstvena. Većina proteina sadrži 100-500 aminokiselina, ali sekvence aminokiselina u proteinskim molekulima su jedinstvene, što ih čini jedinstvenim.

Kombinovanje, makromolekule različite vrste formiraju supramolekularne strukture, čiji su primjeri nukleoproteini, koji su kompleksi nukleinskih kiselina i proteina, lipoproteini (kompleksi lipida i proteina), ribozomi (kompleksi nukleinskih kiselina i proteina). U ovim strukturama, kompleksi su vezani nekovalentno, ali je nekovalentno vezivanje vrlo specifično. Biološke makromolekule karakteriziraju kontinuirane transformacije, koje se osiguravaju kemijskim reakcijama kataliziranim enzimima. U ovim reakcijama enzimi pretvaraju supstrat u proizvod reakcije u izuzetno kratkom vremenu, koje može biti nekoliko milisekundi ili čak mikrosekundi. Na primjer, vrijeme odvijanja dvolančane spirale DNK prije njene replikacije je samo nekoliko mikrosekundi.

Biološka specifičnost molekularnog nivoa određena je funkcionalnom specifičnošću bioloških molekula. Na primjer, specifičnost nukleinskih kiselina leži u činjenici da one kodiraju genetske informacije za sintezu proteina. Ovo svojstvo ne dijele drugi biološki molekuli.

Specifičnost proteina određena je specifičnim slijedom aminokiselina u njihovim molekulima. Ova sekvenca dalje određuje specifična biološka svojstva proteina, budući da su oni glavni strukturni elementi ćelija, katalizatori i regulatori različitih procesa koji se odvijaju u ćelijama. Ugljikohidrati i lipidi su najvažniji izvori energije, dok su steroidi u obliku steroidnih hormona važni za regulaciju brojnih metaboličkih procesa.

Specifičnost bioloških makromolekula određena je i činjenicom da se procesi biosinteze odvijaju kao rezultat istih faza metabolizma. Štoviše, biosinteza nukleinskih kiselina, aminokiselina i proteina odvija se po sličnom obrascu u svim organizmima, bez obzira na njihovu vrstu. Oksidacija masnih kiselina, glikoliza i druge reakcije su također univerzalne. Na primjer, glikoliza se događa u svakoj živoj ćeliji svih eukariotskih organizama i provodi se kao rezultat 10 uzastopnih enzimskih reakcija, od kojih je svaka katalizirana određenim enzimom. Svi aerobni eukariotski organizmi imaju molekularne "mašine" u svojim mitohondrijama, gdje se odvija Krebsov ciklus i druge reakcije povezane s oslobađanjem energije. Na molekularnom nivou dolazi do mnogih mutacija. Ove mutacije mijenjaju slijed azotnih baza u molekulima DNK.

Na molekularnom nivou, energija zračenja je fiksirana i ta energija se pretvara u hemijsku energiju pohranjenu u ćelijama u ugljenim hidratima i drugim hemijskim jedinjenjima, a hemijska energija ugljenih hidrata i drugih molekula u biološki dostupnu energiju pohranjenu u obliku ATP makroenergetskih veza. Konačno, na ovom nivou energija makroergijskih fosfatnih veza pretvara se u rad - mehanički, električni, hemijski, osmotski, mehanizmi svih metaboličkih i energetskih procesa su univerzalni.

Biološki molekuli takođe obezbeđuju kontinuitet između molekularnog nivoa i sledećeg nivoa (ćelijskog), budući da su materijal od kojeg se formiraju supramolekularne strukture. Molekularni nivo je "arena" hemijskih reakcija koje obezbeđuju energiju ćelijskom nivou.

Ćelijski nivo. Ovaj nivo organizacije živih bića predstavljaju ćelije koje deluju kao nezavisni organizmi (bakterije, protozoe i drugi), kao i ćelije višećelijskih organizama. Glavna specifičnost ovog nivoa je da život počinje od njega. Pošto su sposobne za život, rast i reprodukciju, ćelije su osnovni oblik organizacije žive materije, elementarne jedinice od kojih su izgrađena sva živa bića (prokarioti i eukarioti). Ne postoje fundamentalne razlike u strukturi i funkciji između biljnih i životinjskih ćelija. Neke razlike se odnose samo na strukturu njihovih membrana i pojedinačnih organela. Uočljive su razlike u strukturi između prokariotskih ćelija i ćelija eukariotskih organizama, ali se u funkcionalnom smislu te razlike izravnavaju, jer svuda važi pravilo „ćelija od ćelije“. Supramolekularne strukture na ovom nivou formiraju membranske sisteme i ćelijske organele (jezgra, mitohondrije, itd.).

Specifičnost ćelijskog nivoa je određena specijalizacijom ćelija, postojanjem ćelija kao specijalizovanih jedinica višećelijskog organizma. Na ćelijskom nivou dolazi do diferencijacije i uređenja vitalnih procesa u prostoru i vremenu, što je povezano sa ograničenjem funkcija na različite subćelijske strukture. Na primjer, eukariotske ćelije imaju značajno razvijene membranske sisteme (plazma membrana, citoplazmatski retikulum, lamelarni kompleks) i ćelijske organele (nukleus, hromozomi, centriole, mitohondrije, plastidi, lizozomi, ribozomi).

Membranske strukture su "arena" najvažnijih životnih procesa, a dvoslojna struktura membranskog sistema značajno povećava površinu "arene". Osim toga, membranske strukture osiguravaju odvajanje ćelija od okoline, kao i prostorno odvajanje mnogih bioloških molekula u ćelijama. Stanična membrana ima visoko selektivnu permeabilnost. Stoga njihovo fizičko stanje omogućava konstantno difuzno kretanje nekih proteinskih i fosfolipidnih molekula koje sadrže. Pored membrana opće namjene, ćelije imaju unutrašnje membrane koje ograničavaju ćelijske organele.

Regulirajući razmjenu između ćelije i okoline, membrane imaju receptore koji percipiraju vanjske podražaje. Konkretno, primjeri percepcije vanjskih podražaja su percepcija svjetlosti, kretanje bakterija do izvora hrane, odgovor ciljnih stanica na hormone, kao što je inzulin. Neke od samih membrana istovremeno generišu signale (hemijske i električne). "Izvanredna karakteristika membrana je da se na njima dešava konverzija energije. Posebno, fotosinteza se dešava na unutrašnjim membranama hloroplasta, dok se oksidativna fosforilacija dešava na unutrašnjim membranama mitohondrije.

Komponente membrane su u pokretu. Izgrađene uglavnom od proteina i lipida, membrane se odlikuju raznim preuređivanjem, što određuje razdražljivost stanica – najvažnije svojstvo živih.

nivo tkiva predstavljaju tkiva koja kombinuju ćelije određene strukture, veličine, lokacije i sličnih funkcija. Tkiva su nastala tokom istorijskog razvoja zajedno sa višećelijnošću. Kod višećelijskih organizama nastaju tokom ontogeneze kao rezultat diferencijacije ćelija. Kod životinja se razlikuje nekoliko vrsta tkiva (epitelno, vezivno, mišićno, nervno, kao i krvno i limfno). U biljkama se razlikuju meristematska, zaštitna, bazična i provodna tkiva. Na ovom nivou dolazi do specijalizacije ćelija.

Nivo organa. Predstavljen organima organizama. Kod protozoa, probavu, disanje, cirkulaciju tvari, izlučivanje, kretanje i razmnožavanje provode različite organele. Napredniji organizmi imaju organske sisteme. Kod biljaka i životinja organi se formiraju zbog različitog broja tkiva. Kičmenjake karakterizira cefalizacija koja je zaštićena koncentracijom najvažnijih centara i osjetilnih organa u glavi.

Nivo organizma. Ovaj nivo predstavljaju sami organizmi - jednoćelijski i višećelijski organizmi biljne i životinjske prirode. Specifičnost nivoa organizma je da se na ovom nivou odvija dekodiranje i implementacija genetskih informacija, stvaranje strukturnih i funkcionalnih karakteristika svojstvenih organizmima ove vrste. Organizmi su jedinstveni po prirodi jer je njihov genetski materijal jedinstven, što određuje njihov razvoj, funkcije i odnos sa okolinom.

nivo populacije. Biljke i životinje ne postoje u izolaciji; grupirani su u populaciju. Stvaranjem supraorganizmskog sistema, populacije se karakterišu određenim genskim fondom i određenim staništem. U populacijama također počinju elementarne evolucijske transformacije i razvija se adaptivni oblik.

nivo vrste. Ovaj nivo je određen vrstama biljaka, životinja i mikroorganizama koji postoje u prirodi kao žive veze. Sastav populacije ove vrste je izuzetno raznolik. Jedna vrsta može uključivati ​​od jedne do više hiljada populacija, čije predstavnike karakteriziraju najraznovrsnija staništa i zauzimaju različite ekološke niše. Vrste su rezultat evolucije i karakterizira ih promet. Sad postojeće vrste nije sličan vrstama koje su postojale u prošlosti. Vrsta je također jedinica klasifikacije živih bića.

Biocenotski nivo. Predstavljen je biocenozama - zajednicama organizama različitih vrsta. U takvim zajednicama organizmi različitih vrsta u određenoj mjeri ovise jedni o drugima. U toku istorijskog razvoja razvile su se biogeocenoze (ekosistemi), koji su sistemi koji se sastoje od međusobno zavisnih zajednica organizama i abiotskih faktora sredine. Ekosisteme karakteriše dinamička (mobilna) ravnoteža između organizama i abiotskih faktora. Na ovom nivou se provode materijalno-energetski ciklusi povezani sa vitalnom aktivnošću organizama.

Biosferni (globalni) nivo. Ovaj nivo je najviši oblik organizacije živog (živih sistema). Predstavlja ga biosfera. Na ovom nivou, svi ciklusi materije i energije su ujedinjeni u jedan džinovski biosferski ciklus supstanci i energije.

Između različitih nivoa organizacije živog postoji dijalektičko jedinstvo, življenje je organizovano prema tipu organizacije sistema, čija je osnova hijerarhija sistema. Prelazak sa jednog nivoa na drugi povezan je sa očuvanjem funkcionalnih mehanizama koji funkcionišu na prethodnim nivoima, a praćen je pojavom strukture i funkcija novih tipova, kao i interakcijom koju karakterišu nove karakteristike, tj. povezana s pojavom novog kvaliteta.

Pitanja za diskusiju

1. Koji je opći metodološki pristup razumijevanju suštine života? Kada je nastao i zašto?

2. Da li je moguće definisati suštinu života? Ako da, koja je to definicija i koja je njena naučna osnova?

3. Da li je moguće postaviti pitanje supstrata života?

4. Imenujte svojstva živih. Navedite koja su od ovih svojstava karakteristična za neživa, a koja samo za živa bića.

5. Kakav je značaj za biologiju podjele živog na nivoe organizacije? Da li takva jedinica ima praktična vrijednost?

6. Šta zajedničke karakteristike karakteriziraju različite nivoe organizacije živih bića?

7. Zašto se nukleoproteini smatraju supstratom života i pod kojim uslovima ispunjavaju tu ulogu?

Književnost

Vjerni D. Nastanak života M.: Mir. 1969. 391 str.

Oparin A.V. Materija, život, intelekt. M.: Nauka. 1977. 204 str

Pekhov A.P. Biologija i naučno-tehnički napredak. M: Znanje. 1984. 64 str.

Karcher S. J. Molecular Biology. Akad. Pritisnite. 1995. 273 str.

Murphy M. P., O "Neill L. A. (Urednici) Šta je život? Sljedećih pedeset godina. Cambridge University Press. 1995. 203 str.