Основные уровни организации живого

Автотрофы (от греч. trophe – пища) – организмы, питающиеся неорганическими
веществами посредством фотосинтеза или хемосинтеза (зеленые растения, некоторые
микроорганизмы).

Анаэробы – организмы, способные жить в
отсутствии свободного кислорода (многие виды бактерий, моллюски).

Аэробы – организмы, жизнь которых
невозможна без свободного молекулярного кислорода (растения, животные, многие
микроорганизмы).

Биосфера – оболочка Земли, состав,
структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых
организмов.

Генетика – наука о наследственности и
законах изменчивости организма.

Геном – совокупность всех генов
хромосомного набора данного организма. В хромосомах человека локализовано около
100 000 генов. Эти активные гены составляют лишь 2% всего вещества
наследственности – дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Остальные 98% служат
для регуляции генной активности и, вполне возможно, являются опытным полем
эволюции.

Гетеротрофы – организмы, питающиеся
органическими веществами. К ним относятся многие микроорганизмы, грибы, все
животные и человек.

Евгеника – учение о здоровой
наследственности человека и о возможных методах поддержания и улучшения его
здоровья.

Селекция (от лат. selection – выбор, отбор) – выведение новых пород, сортов
растений и животных на основе научных методов отбора.

Существует четыре основных уровня
организации живого: молекулярно-генетичной, онтогенетической,
популяционновидовой и биогеноценотический. Связь между этими структурными
уровнями осуществляется благодаря обмену энергией и веществом.
Популяционно-видовой и биогеноценотический уровни целесообразное рассматривать
в связи с проблемами теории эволюции, поэтому в данном разделе мы рассмотрим
два первых из перечисленных уровней.

При исследовании
молекулярно-генетического уровня наиболее интересно взглянуть на работу
генетического кода, на мутации, различия между
бесполым и половым размножением. Важнейшей
феноменологической теорией этого уровня служат законы наследственности Г.
Менделя.

Изучение онтогенетического уровня
следует начинать с клетки, поскольку именно клетка является минимальной
самостоятельной живой системой. В ее функционировании наиболее важным, на наш
взгляд, является обеспечение отдельными химическими соединениями устойчивого
существования живого, функции клетки, процессы обмена веществ в живом
организме.

МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ
УРОВЕНЬ

Классическая менделеевская генетика
поставила перед современной наукой о наследственности самые главные вопросы:
что такое ген, как он контролирует развитие признаков, как изменяются ген и
генотип, каким образом происходит развитие популяций и возникновение новых
видов?

Первый
закон Менделя касается единообразия
первого поколения гибридов. Второй
закон, который называют законом расщепления, отражает проявление в потомстве
доминантных и рецессивных генов в определенных численных соотношениях. Третий
закон Менделя фиксирует независимое комбинирование признаков.

Носителями наследственной информации,
согласно современным представлениям, являются хромосомы и гены. Они были
открыты в конце XIX в. Основу гена составляют нуклеиновые кислоты (nucleus – ядро) – сложные
органические соединения, состоящие из углерода, водорода, кислорода, азота и
фосфора. Нуклеиновые кислоты представляют собой фосфорсодержащие
биополимеры, имеющие универсальное распространение в живой природе. Существует два типа нуклеиновых кислот
– дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). Нуклеиновые
кислоты могут находиться как в ядре, так и в цитоплазме и ее органоидах.

БИОСФЕРА

Биосфера (греч. bios – жизнь, sphaira – шар) – оболочка
Земли, заселенная живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера тесно
связана со всеми другими земными оболочками, является следствием, прежде всего
биогеохимического круговорота, который обеспечивается солнечной энергией. В
биосфере организмы и среда их обитания вследствие длительного взаимодействия
друг с другом образуют целостную систему, находящуюся в динамическом
равновесии.

Биосфера согласно Вернадскому, включает
в себя следующие составные части.

1. Живое вещество, образованное
совокупностью организмов.

2. Биогенное вещество, которое
создается в процессе жизнедеятельности организмов
(газы атмосферы, каменный уголь, нефть, известняки и т.д.)

3. Косное вещество, которое формируется
без участия живых организмов (в результате
движения земной коры, деятельности вулканов, метеоритов).

4. Биокосное вещество, представляющее
собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических
процессов (почвы).

Вернадский сформулировал основные
принципы организации биосферы в целом. Сначала выделим два биогеохимических принципа.

1. Геохимическая
энергия живого вещества в биосфере (включая человека как высшее наделенное
разумом существо) стремится к максимальному проявлению.

2. В
ходе эволюции видов живых организмов выживают организмы, которые своей
жизнедеятельностью максимально увеличивают биогенную геохимическую энергию.

Вернадский осуществил оценки количества
живого вещества в биосфере, на основании которых сформулировал следующий
принцип: на протяжении всей истории
Земли количество живого вещества в биосфере было практически постоянным.

В настоящее время
человек нарушил свое равновесие с биосферой. Пока человек (и крупные животные)
в своем потреблении продуктов биосферы не превышали 1% их общего количества,
биосфера находилась в динамическом равновесии с другими земными оболочками.
Современный человек потребляет на свои нужды уже более 7% продуктов биосферы и
существенно нарушает ее естественный баланс. Например, уже изменилось
соотношение запасов углерода в атмосфере и на суше, разность между синтезом и
разложением органических веществ стала в сотни раз больше, чем было
первоначально.

Биосфера уже не справляется со своей
функцией стабилизации, и скоро эту функцию человечеству придется взять на себя.
В конце концов, когда вся система жизни и среды станет управляться человеком,
тогда биосфера превратится в ноосферу. Но тогда основная часть энергетических и
трудовых затрат уйдет на стабилизацию окружающей среды (по некоторым оценкам –
более 99%). На поддержание и развитие цивилизации останется всего лишь
несколько процентов (или даже меньше 1%).

Существуют различные точки зрения
относительно времени возникновения биосферы. Согласно одной из них (концепция
В. И. Вернадского), биосфера возникла на самой ранней стадии развития планеты
Земля и имеет возраст, близкий к возрасту Земли (приблизительно 4,6 млрд. лет).
По Вернадскому, переход от неживого вещества к простейшим формам живого занял
незначительный (в геологическом масштабе) отрезок времени – не более 200 лет.
Характерными чертами биосферы, в рамках концепции Вернадского, являются
следующие.

1. Биосфера возникла сразу как
совокупность биогеоценозов. Живое вещество
сформировалось как совокупность сложных живых организмов.

2. Первичные организмы способны
обеспечить все основные процессы (биохимические,
биологические), происходящие в оболочках Земли.

3. Живые организмы обеспечивают
миграцию химических элементов в земной
коре.

Согласно другой точке зрения, биосфера
сформировалась на определенном этапе развития Земли. Сначала был этап
предоболочек, затем сформировались основные земные оболочки (гидросфера,
атмосфера) и лишь потом появилась биосфера.

ВОПРОСЫ
ДЛЯ СЕМИНАРОВ

1. Каковы четыре уровня организации
живого (охарактеризуйте каждый из них)?

2. Что такое ген? Как формулируются
законы Г. Менделя о наследственности?

3. Чем характеризуется состав и
структура ДНК?

4. Что такое мутации (приведите примеры
мутаций)?

5. Какова роль генетического кода в
науке о наследственности?

6. Что представляет собой
онтогенетический уровень живого? Что такое клетка, каковы ее состав и свойства?

7. Как соотносятся между собой
морфогенез и концепция самосборки?

8. В чем смысл концепции В. И.
Вернадского о биосфере?

ОБЩИЕ
ВОПРОСЫ К ТРЕТЬЕМУ РАЗДЕЛУ

1. Как можно определить феномен жизни?

2. Какие иерархические уровни
организации специфичны для живой природы?

3. Какова роль «живого вещества» в
биосфере?

4. Что такое биогеоценозы?

5. Какова структура клетки и какие
процессы в ней происходят?

6. Как хранится и передается
генетическая информация?