Свойства живого - Учебник БИОЛОГИЯ 10—11 классы

Постановка проблемы урока

Факт1. Живой организм - проточная система: она поглощает и выделяет вещества. Однако это наблюдается и у работающего автомобиля.

Факт 2.Организм растёт, но растут и кристаллы.

Факт 3.Организм реагирует на внешние воздействия, но на это способна и лакмусовая бумага.

• Попытайтесь определить предмет изучения биологических наук и опишите возникающие трудности. Сформулируйте эту проблему как тему урока и сравните с предложенной на с. 396.

Необходимые базовые знания

• Какими свойствами обладает любой живой организм? (9 класс)

• С помощью таблицы приведите примеры биологических явлений, относящихся к проявлению различных свойств живого.

Обмен веществ и превращение энергии	Жизнедеятельность организмов обеспечивается за счёт поступления вещества и энергии из внешней среды и их преобразования.
Особый химический состав	Углеводы, белки, жиры и нуклеиновые кислоты - основные химические компоненты живых организмов.
Клеточное строение	Клетка - элементарная единица структуры и функции подавляющего большинства живых организмов.
Самовоспроизведение	Непрерывность и преемственность жизни обеспечиваются размножением организмов.
Рост и развитие	С момента зарождения организму свойственны закономерные изменения: как правило, увеличение размера и усложнение структуры.
Раздражимость	Организм активно реагирует на факторы внешней среды изменением структуры и функций.
Приспособленность	Организмы обладают рядом свойств, благоприятных в определённой среде обитания.

Решение проблемы

Обмен веществ и превращение энергии

• Что происходит с веществом и энергией в живом организме?

Все живые организмы являются проточными системами: в них из окружающей среды непрерывно поступают вещества, содержащие

строительный материал и энергию. В результате жизнедеятельности они выделяют в окружающую среду отходы: конечные продукты распада веществ и рассеянную энергию.

3.1. Обмен веществ и превращение энергии на уровне организма

Способность к превращению веществ и энергии — один из характерных признаков живого. В природе существуют и другие проточные системы: река, морские течения, ветер, волны. Искусственные системы — от закипающего чайника до робота — тоже проточные. Они существуют за счёт потока энергии через систему, но живыми не являются. Важнейшее различие заключается в том, что в неживых системах почти вся энергия направлена на разрушение тел, а в живых значительная доля её используется для созидания. В живых организмах за счёт энергии поддерживается обмен веществ, направленный на усложнение структуры и необходимый для поддержания жизни.

Химический состав

• Обладают ли живые организмы уникальным химическим составом?

В прошлом учёные искали специфику живой природы в её особом химическом составе. Но нет, исследования показали, что она состоит из тех же элементов, что и неживая природа. Правда, оказалось, что по массе в живых организмах преобладают всего четыре элемента: углерод, кислород, азот и водород.

Следующим было предположение, что жизни свойственны особые химические соединения. Действительно, в составе организмов большинство веществ имеет в основе строения четырёхвалентный углерод. Они были названы органическими веществами, но в дальнейшем оказалось, что такие вещества встречаются и в неживой природе, хотя по происхождению они обычно соответствуют названию.

Выяснилось, что организмам свойственны очень крупные макромолекулы, с атомной массой 10 000 у.е. и много более. Но искусственные молекулы полимерных углеводородов тоже могут иметь гигантскую атомную массу. Однако огромные макромолекулы белков (полипептиды) и нуклеиновых кислот (полинуклеотиды) в современном мире производятся только живыми существами, а вне организма быстро распадаются.

Клеточное строение

• В чём смысл клеточного строения организмов? Могут ли быть иные принципы их строения?

Все организмы представлены либо отдельными клетками (бактерии, одноклеточные водоросли, простейшие), либо сами состоят из клеток. Клетка — основная структурная и функциональная единица всего живого. Исключение составляют лишь вирусы, но и эти внутриклеточные паразиты могут воспроизводиться только внутри клетки-хозяина. Вне клетки нет жизни.

Клетка — это всеобщий способ ограничить и изолировать объём, в котором протекают определённые химические реакции, поддерживающие жизнь. Скорость пассивного передвижения химических реагентов (молекул, атомов, ионов) ограничена скоростью диффузии. Поэтому клетки малы: в организме человека, например, их средний размер составляет около 10 мкм (микрометров), т.е. 10^-5м, а вес - 1 нг (нанограмм), т.е. 10^-9г. Специализированные клетки могут быть и крупнее. Длина проводящих клеток в составе нервного волокна может измеряться метрами. Самая тяжёлая клетка - яйцо страуса - достигает полутора килограммов.

3.2. Разные формы клеток

• С чем связано различие в строении этих клеток?

Кроме того, клетка является единицей размножения и развития всех живых организмов.

Самовоспроизведение

• Можно ли представить жизнь без воспроизведения? Почему?

Это свойство важнее всех остальных. Оно объединяет регулярное самовоспроизведение различных живых систем, начиная макромолекулами и кончая целыми организмами. В основе самовоспроизведения лежит матричное копирование (воспроизведение по образцу) макромолекул ДНК и РНК. В строгом соответствии с кодом, заложенным в этих нуклеиновых кислотах, воспроизводятся белковые молекулы. Эти же процессы служат и основой для размножения. Размножение путём клеточного деления обеспечивает потенциальное бессмертие (превращение в потомков) одноклеточных форм жизни и потенциально безграничное воспроизведение смертных организмов. Однако не следует забывать, что способностью самовоспроизведения обладают и кристаллы.

Рост и развитие

• Объясните необходимость этих свойств для любого организма.

Рост и развитие любого организма основаны на способности клетки делиться. Перед делением обычно происходит удвоение ДНК и увеличение массы родительской клетки — иначе дочерние клетки не получились бы идентичными исходной.

С одной клетки начинается любой новый организм. Рост многоклеточных организмов происходит в результате увеличения числа клеток. Рост сопровождается развитием, в результате которого происходят качественные изменения организма. Эти изменения возникли не вдруг, а в результате постепенного усложнения в долгом ряду поколений, т.е. в процессе эволюции. Следовательно, сходство индивидуального и исторического развития не случайно и отражает общее свойство живого. Разветвление путей исторического развития породило всё разнообразие органического мира.

3.3. Насекомые с неполным (саранча) и полным (бабочка) превращением

• В чём различие роста и развития этих насекомых?

Внешне похожие изменения иногда наблюдаются и в неживой природе: растут кристаллы, развиваются горные системы.

Саморегуляция

• Каким образом биологические структуры и процессы сохраняют своё постоянство?

Все живые системы обладают саморегуляцией — способностью поддерживать свои основные свойства и восстанавливать их в определённом диапазоне нарушений. Это свойство совершенно необходимо для таких сложных систем: ведь чем больше элементов они содержат, тем более вероятны неполадки хотя бы в одном из них. К счастью, все биологические процессы на том или ином уровне контролируются отрицательной обратной связью. Именно она удерживает ход процесса в определённых, достаточно узких пределах, сохраняя существенные свойства системы.

Однако саморегуляцией в более простой форме обладают и неживые системы. Пример этого — поддержание химического равновесия.

Раздражимость

• В каких ответных реакциях может выражаться раздражимость организмов?

Любая живая система, будь то клетка, организм или сообщество организмов, способна избирательно реагировать на различные воздействия. Это свойство получило названиераздражимости.Ответные реакции на воздействия приспособительны: они повышают вероятность выживания в постоянно меняющихся условиях окружающей среды.

Конечно, объекты неживой природы тоже реагируют на воздействия, но их реакция пассивна. Она сводится к нарушению структуры и потере энергии.

Приспособленность

• Почему дикие растения и животные не нуждаются в уходе за ними?

Приспособленностьорганизмов выражается в том, что особенности их строения, функций и поведения соответствуют их образу жизни и условиям среды обитания. Они используют эту среду с учётом присущих только ей конкретных свойств. Достаточно взглянуть на червя, рыбу или бабочку, чтобы понять в общих чертах, где и как они живут. Мало того, все части живого организма приспособлены друг к другу, что обеспечивает им согласованную работу, а организму - целостность в реакциях на внешние воздействия.

Неживые системы инертны: их приспособление к условиям может выразиться лишь изменением положения, формы и потенциальной энергии. Так река приспосабливает своё русло.

3.4. Бабочка-бражник пьёт нектар и одновременно опыляет цветок вьюнка

• Вспомните, какие жизненно важные функции растения и насекомого обеспечивают их взаимные приспособления друг к другу.

Обобщение новых знаний

Каждое отдельное свойство жизни - и даже некоторые их сочетания - можно найти и в неживой природе. Жизнь можно определить лишь множеством свойств. Тот факт, что каждое свойство живых систем можно встретить и в неживой природе, указывает на возможность происхождения живого из неживого.

Свойства жизни: обмен веществ и превращение энергии, особый химический состав, клеточное строение, самовоспроизведение, рост и развитие, саморегуляция, раздражимость, приспособленность

Применение знаний

1. Какие свойства характерны для живых систем?

2. Какая главная особенность химического состава живых организмов?

3. Какое свойство живого, на ваш взгляд, наиболее важно?

4. Какие другие свойства, характерные для живого, вы можете назвать?

5. Приведите примеры объектов неживой природы, обладающих теми или иными свойствами живого.

6. Ж. Кювье сформулировал принцип условий существования. Он гласит: всякое тело соединяет в себе свойства, обеспечивающие его существование. Как рассмотренные свойства подтверждают этот принцип?