Свойства живого - МНОГООБРАЗИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА. ОБЩИЕ СВОЙСТВА И ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВЫХ СИСТЕМ

Жизнь — это форма существования саморегулирующихся самовоспроизводящихся макромолекулярных систем, характеризующихся иерархической организацией, обменом веществ, регулируемым потоком информации и энергии.

Биологические системы возникли на Земле при определенных условиях и являются одной из форм существования материи. Первые живые существа появились на нашей планете более 3,6—3,8 млрд лет назад (рис. 1.1). От этих ранних форм образовалось множество видов организмов. В ходе длительного эволюционного процесса на Земле возникло около 30 тыс. видов простейших, 2,5 млн видов животных, более 600 тыс. видов растений, более 100 тыс. видов грибов и множество микроорганизмов. Их классификацией — объединением в группы по сходству строения и жизнедеятельности — занимается биологическая дисциплина, называемая систематикой. В настоящее время ученые выделяют неклеточные и клеточные формы жизни.

• Неклеточные формы жизни — вирусы;

• Клеточные формы жизни включают:

— Надцарство Прокариоты:

    Царство Архебактерии,

    Царство Истинные бактерии (Эубактерии);

— Надцарство Эукариоты:

    Царство Грибы,

    Царство Растения,

    Царство Животные.

Рис. 1.1. Эволюция основных групп организмов

В отличие от неживой природы жизнь представляет собой особую форму существования материи — биологическую. Всем живым организмам присущи определенные свойства, которые также называют критериями живых систем.

1.1. Свойства живого

Особенности химического состава. Живые существа состоят из тех же атомов, что и неживая природа, однако эти элементы образуют в организме сложные молекулы, не встречающиеся в неживой природе. В живых организмах 98% химического состава приходится на четыре элемента: углерод, кислород, азот и водород. Эти элементы участвуют в образовании сложных органических молекул. Подавляющее большинство органических молекул окружающей среды представляют собой продукты жизнедеятельности организмов.

Клеточный принцип строения характеризует единство строения и развития мира растений и животных и остальных живых организмов (за исключением вирусов). Клетка рассматривается в качестве единого структурного и функционального элемента организмов.

Обмен веществ между компонентами биологической системы и окружающей средой лежит в основе существования живого. Организмы поглощают энергию и вещества из окружающей среды и используют их для обеспечения химических реакций, а затем возвращают в среду вещества и эквивалентное количество энергии в другой форме, менее пригодной для них. Причем скорость поступления веществ и энергии из среды уравновешивается скоростью переноса веществ и энергии из организма. Таким образом, организмы представляют собой открытые для поступления энергии системы. Живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают энергия и вещества из окружающей среды. Следует отметить, что организмы, в отличие от объектов неживой природы, отграничены от окружающей среды оболочками (наружная клеточная мембрана одноклеточных, покровная ткань многоклеточных животных и растений). Эти структуры регулируют обмен веществ между организмом и внешней средой, сводят к минимуму потери вещества и поддерживают пространственное единство системы.

Существование биологических систем в меняющихся условиях окружающей среды обеспечивается внутренним регулированием — саморегуляцией различных процессов, соподчинением их единому порядку поддержания постоянства внутренней среды — гомеостазу. Саморегуляция основана на принципе обратной связи, согласно которому сигналом для включения того или иного регулируемого процесса может быть изменение состояния какой-либо системы организма, изменение концентрации веществ и т.д. В клетке такие системы построены на химических принципах (процессы обмен веществ регулируются на основе биологического катализа). В животном многоклеточном организме — на основе клеточных взаимодействий, гуморальной и нервной регуляции. В сообществах организмов — в зависимости от разнообразия внутри- и межвидовых взаимодействий.

Новый организм возникает в большинстве случаев из оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) в ходе процессов роста и развития. Взаимосвязь между поколениями осуществляется в процессе передачи наследственного материала через половые клетки и последующего на основе этой информации индивидуального развития — онтогенеза.

Живые существа способны к самовоспроизведению с сохранением у потомков строения и функций родительских форм — наследственности. В основе наследственности лежит матричный принцип репликации и синтеза молекул нуклеиновых кислот.

Репликация и передача молекул ДНК в поколениях делает возможным не только сохранение у потомков наследственных особенностей родителей, но и отклонение от них, т.е. изменчивость. При смене многочисленных поколений происходит накопление адаптаций и на их основе изменение видов, или историческое развитие — филогенез. Способность передавать в поколениях изменения наследственного материала лежит в основе выработки адаптаций к среде, эволюционного развития живой природы.

Организмы обладают также свойством избирательно реагировать на воздействия внешней среды — раздражимостью. Раздражимость проявляется в способности организма отвечать на определенные воздействия специфическими реакциями. Наиболее демонстративной формой проявления раздражимости является движение. У растений это тропизмы, ростовые движения, у примитивных животных — таксисы. Реакции многоклеточных на раздражение осуществляются с помощью нервной системы и называются рефлексами. Сочетания раздражитель — реакция могут накапливаться в виде опыта, т.е. научения и памяти, и (по крайней мере, у животных) использоваться в последующей деятельности.

Иерархичность организации. Живые системы резко отличаются от неживых объектов своей исключительной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью. В то же время любой компонент биологической системы дискретен и целостен, т.е. состоит из отдельных, тесно связанных взаимодействующих частей, образующих структурно-функциональное единство. Структурная сложность живого начинается с гигантских полимерных молекул и продолжается на уровне клеток многоклеточных организмов и над- организменных сообществ. Тем не менее основные свойства живого проявляются на каждом уровне организации, причем их осуществление на менее сложном уровне организации является необходимой посылкой функционирования процессов на более высокоорганизованном уровне (например, самовоспроизведение на уровне многоклеточного организма невозможно без репликации молекул ДНК, деления клеток и т.д.). Такая взаимосвязь нижележащих и вышележащих уровней организации живого отражает иерархичность (соподчиненность) организации живого и лежит в основе биологической формы движения материи. Биологические системы образуются из объединения множества компонентов в более крупные структурно-функциональные единицы, обладающие новыми свойствами, не встречающимися по отдельности у входящих в них составных частей. Например, такие свойства популяции (элементарной надорганизменной общности), как длительное в течение многих поколений существование в среде, генофонд, возрастной и половой состав, рождаемость, смертность и др., отсутствуют у отдельных составляющих их особей.

Таким образом, живые организмы резко отличаются от объектов неживой природы не только своей исключительной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью, но и сущностью протекающих в них процессов. Эти отличия придают жизни качественно новые свойства. Живое представляет собой особую ступень развития материи.

Опорные точки

• Живые системы проявляют общие свойства, отличающие их от объектов неживой природы.

• Обменные процессы в живом веществе биосферы обеспечивают гомеостаз — постоянство структурно-функциональной организации системы.

• Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение, передачу и реализацию наследственной информации во всех клетках.

• В основе процессов метаболизма лежат взаимодействия органических молекул друг с другом.