Основные уровни живого

Содержание: 

1. Тема1.Основные уровни живой природы…………..…………………………………………………….2-10
2. Тема2.Описание клетки как «первокирпичика»живого……………………………………………10-12
3. Тема3.Клеточная теория………………….………………………….13-27
4. Заключение……………………………………………………………28-29
5. Список литературы………………………………………………………30

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тема1. Основные уровни организации  живой природы: клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический

           Итак, в живой природе (живом материальном мире, живой материи) можно выделить 2 структурных (системных) уровня: онтогенетический (уровень особи, индивидуума) и филогенетический (уровень объединения особей: от популяций до живого вещества, или биострома), которые различаются рядом существенных особенностей. В каждом из них можно выделить ряд подуровней структурной (системной) организации.

     Рассмотрим  отдельные подуровни онтогенетической организации, начав с низшей ступени, на которой смыкаются биологический  и химический уровни организации  природы (материального мира, материи).

       Основные термины и понятия , проверяемые в экзаменационных работах: уровень жизни, биологические системы, изучаемые на данном уровне, молекулярно-генетический, клеточный, организменный, популяционно – видовой, биогеоценотический, биосферный. 

     Уровни  организации живых систем отражают соподчиненность, иерархичность структурной организации жизни. Уровни жизни отличаются друг от друга сложностью организации системы. Клетка устроена проще по сравнению с многоклеточным организмом или популяцией.

     Уровень жизни – это форма и способ ее существования. Например, вирус существует в виде молекулы ДНК или РНК, заключенной  в белковую оболочку. Это форма  существования вируса. Однако свойства живой системы вирус проявляет, только попав в клетку другого  организма. Там он размножается. Это  способ его существования.

     Молекулярно-генетический уровень представлен отдельными биополимерами (ДНК, РНК, белками, липидами, углеводами и другими соединениями); на этом уровне жизни изучаются явления, связанные с изменениями (мутациями) и воспроизведением генетического материала, обменом веществ.

     Клеточный – уровень, на котором жизнь существует в форме клетки – структурной и функциональной единицы жизни. На этом уровне изучаются такие процессы, как обмен веществ и энергии, обмен информацией, размножение, фотосинтез, передача нервного импульса и многие другие.

     Организменный – это самостоятельное существование отдельной особи – одноклеточного или многоклеточного организма.

     Популяционно-видовой  – уровень, который представлен группой особей одного вида – популяцией; именно в популяции происходят элементарные эволюционные процессы – накопление, проявление и отбор мутаций.

     Биогеоценотический – представлен экосистемами, состоящими из разных популяций и среды их обитания.

     Биосферный – уровень, представляющий совокупность всех биогеоценозов. В биосфере происходит круговорот веществ и превращение энергии с участием организмов. Продукты жизнедеятельности организмов участвуют в процессе эволюции Земли.

     Системно-структурные  уровни организации многообразных  форм живого достаточно многочисленны: молекулярный, субклеточный, клеточный, органотканевый, организменный, популяционный, видовой, биоценотический, биогеоценотический, биосферный. Могут быть определены и другие уровни. Но во всем многообразии уровней выделяются некоторые основные.

     Критерием выделения основных уровней выступают  специфические дискретные структуры  и фундаментальные биологические  взаимодействия. На основании этих критериев достаточно четко выделяются следующие уровни организации живого: молекулярно-генетический, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический.

     Знание  закономерностей этого уровня организации  живого — необходимая предпосылка  ясного понимания жизненных явлений, происходящих на всех остальных уровнях  организации жизни. На данном уровне организации жизни элементарной единицей являются гены, несущие в  себе коды наследственной информации. В XX в. развитие хромосомной теории наследственности, анализ мутационного процесса, изучение строения хромосом, фагов и вирусов, развитие молекулярной биологии, биохимии позволили раскрыть основные черты организации элементарных генетических структур и связанных  с ними явлений.

     Выяснено, что основные структуры на этом уровне представлены молекулами ДНК, дифференцированными  по длине на элементы кода — триплеты азотистых оснований, образующих гены. Основные свойства генов: способность  их к конвариантной редупликации, локальным структурным изменениям (мутациям), способность передавать хранящуюся в них информацию внутриклеточным  управляющим системам.

     Молекула  ДНК представляет собой две спаренные, закрученные в спирали нити, каждая из которых соединяется с другой водородными связями. Конвариантная  редупликация происходит по матричному принципу: сначала разрываются водородные связи двойной спирали ДНК  с участием фермента ДНК-поли-меразы; затем каждая нить на своей поверхности  строит соответствующую нить; после  этого новые нити комплементарно соединяются между собой. Пиримидиновые  и пуриновые основания комплементарных  нитей «сшиваются» между собой  ДНК-поли-меразой. Этот процесс осуществляется очень быстро. Так, на самосборку ДНК примерно из 40 тыс. пар нуклеотидов требуется всего 100 с.

     В синтезе белков важная роль принадлежит  также РНК. Синтез белка происходит в особых областях клетки — рибосомах (иногда их образно называют «фабрики белка»). Существуют по крайней мере три типа РНК: высокомолекулярная, локализующаяся в рибосомах; информационная, образующаяся в ядре клетки; транспортная.

     В ядре генетический код переносится  с молекул ДНК на молекулу информационной РНК. Генетическая информация о последовательности и характере синтеза белка  переносится из ядра молекулами информационной РНК в цитоплазму к рибосомам  и там участвует в синтезе  белка. Перенос и присоединение  отдельных аминокислот к месту  синтеза осуществляются транспортной РНК. Белок, содержащий тысячи аминокислот, в живой клетке синтезируется  за 5—6 мин.

     Таким образом, как при конвариантной  редупликации, так и при внутриклеточной  передаче информации используется единый матричный принцип: исходные молекулы ДНК и РНК являются матрицами, рядом с которыми строятся соответствующие  макромолекулы. Молекулы ДНК играют роль кода, который «зашифровывает»  все синтезы белковых молекул  в клетках организма. Характерно, что все биологические организмы  на Земле используют одинаковый тип  генетического кода. Редупликация, основанная на матричном копировании, делает возможным сохранение не только генетической нормы, но и отклонений от нее — мутаций (основа процесса эволюции).

     Центральная проблема современной молекулярной биологии — изучение строения и  функций органических макромолекул, прежде всего иерархии их структурной  организации, которую представляют следующим образом: первичная структура (последовательность мономеров в  биополимерах), вторичная структура (биополимерная спираль), третичная  структура (организация молекул  белка), четвертичная структура (макромолекулярные  комплексы молекул белков). В настоящее  время молекулярной биологией успешно  дешифруется заложенный в структуре  нуклеиновых кислот код, служащий матрицей при синтезе специфических белковых структур.

     Следующий, более сложный, комплексный уровень  организации жизни на Земле —  организменный. Он связан с жизнедеятельностью отдельных биологических особей, дискретных индивидов. Индивид, особь  — неделимая и целостная единица  жизни на Земле.

     В многообразной земной органической жизни особи имеют различное  морфологическое содержание: одноклеточные, состоящие из ядра, цитоплазмы, множества  органелл и мембран, макромолекул и  т.д. Здесь и многоклеточная особь, образованная из миллионов и миллиардов клеток. Сложность многоклеточных особей неизмеримо выше сложности одноклеточных. Но и одноклеточная, и многоклеточная особи обладают системной организацией и выступают как единое целое.

     Причем  важно то, что характеристика особи  не может быть исчерпана рассмотрением  физико-химических свойств макромолекул, входящих в его состав. Невозможно разделить особь на части без  потери «индивидуальности». Это позволяет  назвать организменный уровень  особым уровнем организации жизни. Таким образом, на организменном  уровне единицей жизни служит особь  — с момента ее рождения до смерти.

     Развитие  особи, последовательность морфологических, физиологических и биохимических  преобразований, претерпеваемых организмом от образования зародышевой клетки до смерти, составляет содержание процесса онтогенеза. Онтогенез — это рост, перемещение отдельных структур, дифференциация и усложнение интеграции организма. По сути, онтогенез —  это процесс реализации наследственной информации, закодированной в управляющих  структурах зародышевой клетки, а  также испытания, проверки согласованности  и работы управляющих систем во времени  и пространстве, присособления особи  к среде и др.

     Причины развития организма в онтогенезе являются предметом обстоятельного и интенсивного изучения эмбриологами, биохимиками, генетиками. Многие отрасли  биологии изучают процессы и явления, происходящие в особи, согласованное  функционирование ее органов и систем, механизм их работы, взаимоотношения  органов, поведение организмов, приспособительные  изменения и т.п. Пока не создана  общая теория онтогенеза, не ясны все  причины и факторы, определяющие строгую организованность этого  процесса. Имеющиеся результаты позволяют  понять только отдельные процессы, обеспечивающие индивидуальное развитие организма. Прежде всего это касается изучения дифференциации, т.е. образования  разнообразных, специализированных для  выполнения определенных функций частей организма. Онтогенез определяется деятельностью механизмов саморегуляции, согласованно реализующих наследственные свойства и работу управляющих систем в пределах особи.

     Вместе  с тем до сих пор не известно, почему в онтогенезе строго определенные процессы происходят в должное время  и в должном месте. Одна из важнейших  проблем современной биологии —  выявление закономерностей регуляции  внутриклеточных процессов, функций  клетки и механизма включения  генов в процессе клеточной дифференцировки, ведь в процессе развития каждой клетки в ней работают только те гены, функция  которых необходима для развития данной ткани (органа).

     Особи в природе не абсолютно изолированы  друг от друга, а объединены более  высоким рангом биологической организации. Это популяционно-видовой уровень. Он возникает там и тогда, где  и когда происходит объединение  особей в популяции, а популяций  в виды. Популяции характеризуются  появлением новых свойств и особенностей в живой природе, отличных от свойств  молекулярно-генетического и онтогенетического  уровней.

     Хотя  популяции состоят из множества  особей, они целостны. Их целостность  в отличие от целостности молекулярно-генетического  и онтогенетического уровней  обеспечивается взаимодействием особей в популяциях и воссоздается через  обмен генетическим материалом в  процессе полового размножения. Виды —  это системы популяций. Популяции  и виды как надындивидуальные  образования способны к существованию  в течение длительного времени  и к самостоятельному эволюционному  развитию.

     Популяции выступают как элементарные, далее  неразложимые эволюционные единицы, представляющие собой генетически открытые системы, так как особи из разных популяций  иногда скрещиваются и популяции  обмениваются генетической информацией. На популяционно-видовом уровне особую роль играет свободное скрещивание  между особями внутри популяции  и вида. Виды являются генетически  закрытыми системами, поскольку  в природе скрещивание особей разных видов в подавляющем большинстве  случаев не ведет к появлению  плодовитого потомства.

     Если  популяция — основная элементарная структура на популяционно-видовом  уровне, то элементарное явление на этом уровне — изменение генотипического  состава популяции, а элементарный материал — мутации. В синтетической  теории эволюции выделены элементарные факторы, действующие на этом уровне: мутационный процесс, популяционные  волны, изоляция и естественный отбор. Каждый из этих факторов может оказать определенное воздействие на популяцию и вызвать изменения в генотипическом составе популяции.