Молекулярный уровень неживой природы

7.3. Уровни организации живой природы

Уровень организации живой материи – это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерархии живого. Выделяют следующие уровни организации живой материи.

1. Молекулярный (молекулярно-генетический). Он включает в себя способ существования и самовоспроизводства сложных информационных органических молекул, высокомолекулярные органические соединения, такие как белки, вирусы, плазмиды, нуклеиновые кислоты и др.
2. Субклеточный (надмолекулярный). На этом уровне живая природа организуется в органоиды: хромосомы, клеточную мембрану, эндоплазматическую сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, рибосомы и другие субклеточные структуры.
3. Клеточный. На этом уровне живая природа представлена клетками, т.е. элементарной структурной и функциональной единицей живого.
4. Органо-тканевый. На этом уровне живая природа организуется в ткани и органы. Ткань – совокупность клеток, сходных по строению и функциям, а также связанных с ними межклеточных веществ. Орган – часть многоклеточного организма, выполняющая определенную функцию или функции.
5. Организменный (онтогенетический). На этом уровне живая природа представлена организмами. Организм (особь, индивид) – неделимая единица жизни, ее реальный носитель, характеризующийся всеми ее признаками.

1. Биоценотический. На этом уровне живая природа образует биоценозы – совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.
2. Биогеоценотический. На этом уровне живая природа формирует биогеоценозы – совокупность биоценоза и абиотических факторов среды обитания (климат, почва).
3. Биосферный. На этом уровне живая природа формирует биосферу – оболочку Земли, преобразованную деятельностью живых организмов.

7.4. Свойства живых систем

1. Клеточное строение. Все живые организмы, кроме вирусов, имеют клеточное строение.
2. Обмен веществ (метаболизм) и энергозависимость. Живые организмы являются открытыми системами, они зависят от поступления в них из внешней среды веществ и энергии. Живые существа способны использовать два вида энергии – световую и химическую, и поэтому признаку делятся на две группы: фототрофы (организмы, использующие для биосинтеза световую энергию – растения, цианобактерии) и хемотрофы (организмы, использующие для биосинтеза энергию химических реакций окисления неорганических соединений – нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии и др.). В зависимости от источников углерода живые организмы делят на автотрофы (организмы, способные создавать органические вещества из неорганических – растения, цианобактерии), гетеротрофы (организмы, использующие в качестве источника углерода органические соединения – животные, грибы и большинство бактерий) и миксотрофы (организмы, которые могут как синтезировать органические вещества из неорганических, так и питаться готовыми органическими оединениями (насекомоядные растения, представители отдела эвгленовых водорослей и др.).

1. Подготовительный этап заключается в расщеплении сложных углеводов до простых: глюкозы, жиров до жирных кислот и глицерина, белков — до аминокислот.
2. Бескислородный этап дыхания – гликолиз, в результате которо­го глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты (ПВК); в ито­ге образуется АТФ (из 1 моль глюкозы). У анаэробов или у аэробов при недостатке кислорода протекает брожение.
3. Кислородный этап – дыхание, т.е. полное окисление ПВК осуществляется в митохондриях эукариот в присутствии кислорода и включает две стадии: цепь последовательных реакций — цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) и цикл переноса электронов; в итоге образуется 36 АТФ (из 1 моль глюкозы).

1. Саморегуляция (гомеостаз). Живые организмы обладают способностью поддерживать гомеостаз – постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов.

1. Наследственность. Живые организмы способны передавать неизменными признаки и свойства из поколения в поколение с помощью носителей информации – молекул ДНК и РНК.
2. Изменчивость. Живые организмы способны приобретать новые признаки и свойства. Изменчивость создает разнообразный исходный материал для естественного отбора, т.е. отбора наиболее приспособленных особей к конкретным условиям существования в природных условиях, что в свою очередь приводит к появлению новых форм жизни и новых видов организмов.
3. Самовоспроизведение (размножение). Живые организмы способны размножаться – воспроизводить себе подобных. Благодаря размножению осуществляются смена и преемственность поколений.
4. Принято различать два основных типа размножения: бесполое и половое.
5. Индивидуальное развитие (онтогенез). Каждой особи свойствен онтогенез – индивидуальное развитие организма от зарождения до конца жизни (смерти или нового деления). Развитие сопровождается ростом.
6. Эволюционное развитие (филогенез). Живой материи в целом свойствен филогенез – историческое развитие жизни на Земле с момента ее появления до настоящего времени.
7. Адаптации. Живые организмы способны адаптироваться, т.е. приспосабливаться к условиям окружающей среды.
8. Ритмичность. Живые организмы проявляют ритмичность жизнедеятельности (суточную, сезонную и др.).
9. Целостность и дискретность. С одной стороны, вся живая материя целостна, определенным образом организована и подчиняется общим законам; с другой — любая биологическая система состоит из обособленных, хотя и взаимосвязанных элементов. Любой организм или иная биологическая система (вид, биоценоз и др.) состоит из отдельных изолированных, т.е. обособленных или отграниченных в пространстве, но тесно связанных и взаимодействующих между собой, частей, образующих структурно-функциональное единство.
10. Иерархичность. Начиная с биополимеров (белков и нуклеиновых кислот) и заканчивая биосферой в целом, все живое находится в определенной соподчиненности. Функционирование биологических систем на менее сложном уровне делает возможным существование более сложного уровня.
11. Негэнтропия. Согласно второму закону термодинамики, все процессы, самопроизвольно протекающие в изолированных системах, развиваются в направлении понижения упорядоченности, т.е. возрастания энтропии. В то же время по мере роста и развития живые организмы, наоборот, усложняются, что, что не противоречит второму закону термодинамики, поскольку живые организмы представляют собой открытые системы. Организмы питаются, поглощая при этом энергию извне, выделяют в окружающую среду тепло и продукты жизнедеятельности, наконец, погибают и разлагаются. По образному выражению Э. Шредингера, «организм питается отрицательной энтропией». Совершенствуясь и усложняясь, организмы вносят хаос в окружающий их мир.

Источник

4. Характеристика уровней организации живой природы.

Уровни организации отражают иерархичность (соподчиненность) структурной организации всего живого на Земле. Можно выделить несколько таких уровней: молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный.

1. Молекулярный уровень. С точки зрения элементарного состава нет разницы между объектами живой и неживой природы. В их состав входят одинаковые химические элементы. Однако на молекулярном уровне впервые проявляется отличие живого от неживого. В объектах живой природы большинство органических молекул характеризуется крупными размерами, некоторые из них способны сохранять информацию. Также соотношение различных химических элементов в объектах живой природы особое. 98% химического состава приходится на четыре элемента – углерод, кислород, водород и азот. А элементарный состав объектов неживой природы представлен кремнием, натрием, алюминием, а также кислородом.

Молекулярный уровень показывает, что в состав всех живых организмов входят молекулы различных химических веществ – органических и неорганических. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и т.д.

2. Клеточный уровень. Из органических веществ, в основе которых лежат органические молекулы, образованы клеточные структуры. Клетка является структурной и функциональной единицей всего живого на Земле. А также является единицей развития всех живых организмов. Клетки – элементы многоклеточных организмов. Как правило, клетки структурно и химически специализированы. Например, гладкомышечные клетки вытянуты вдоль оси сокращения и содержат множество молекул сократительных белков.

3. Тканевый уровень. Клетки, сходные по строению и функциям, образуют ткань. Например, гладкая мускулатура образована множеством идентичных клеток, специализирующихся на сокращении.

4. Органный уровень. Орган – это группа тканей, объединенных для эффективного выполнения общей функции. Например, подвздошная кишка состоит из гладких мышц, нервной ткани, кровеносных сосудов и эпителия. Все эти компоненты объединены соединительной тканью и осуществляют переваривание и всасывание. Система органов – это группа органов и тканей, скоординировано работающих с целью выполнения определенной функции. Например, пищеварительная система состоит изо рта, глотки, желудка, кишечника, включает ряд желез, нервы и кровеносные сосуды. Все ее составляющие осуществляют функцию поглощения и переработки пищи. Следует отметить, что один и тот же орган может входить в различные системы. Так, печень – не только участник процесса пищеварения, но и регулирует кровообращение, выполняет эндокринную функцию.

5. Организменный уровень. Организм представляет собой совокупность различных органов, образующих системы органов, выполняющих жизненные функции многоклеточного организма. Организм человека состоит из множества (около 10) систем органов.

6. Популяционно-видовой уровень. Организмы, сходные по определенным критериям, образуют вид. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию. По отношению к человеку употребляют термины общество или группа.

7. Биогеоценотический уровень. Биогеоценоз – совокупность организмов разных видов и различной сложности организации, обитающих на определенной территории с факторами окружающей среды (абиотическими факторами – климатом, почвой, воздухом, водой).

8. Биосферный уровень. Это самый высокий уровень организации живого. Биосферу, охватывающую все явления жизни на планете Земля, составляют совокупность всех биогеоценозов, или совокупность всех живых организмов.

Источник

4. Молекулярный уровень. Биополимеры

Молекулярный уровень — это начальный, самый низкий уровень организации жизни. На этом уровне проявляются реакции обмена веществ и энергии, реализация наследственной информации. Изучение процессов, протекающих на молекулярном уровне, позволяет разобраться, как могла появиться жизнь на планете Земля; даёт возможность понять, как осуществляется передача наследственных признаков и каковы механизмы обмена веществ.

В состав живых организмов входят такие же химические элементы, что и в состав неживых тел, но в других соотношениях. В живой природе самыми распространёнными являются органогенные неметаллы: углерод , кислород , водород и азот .

Главным элементом всех органических веществ является углерод. Атомы углерода соединяются друг с другом и с атомами других элементов, образуя цепи и циклы разных размеров, чем и обусловлено разнообразие органических соединений. Важнейшее значение имеют вещества, содержащиеся в живых клетках — белки , нуклеиновые кислоты , полисахариды . Эти вещества относятся к биологическим полимерам, или биополимерам.

Молекулы биополимеров могут быть образованы огромным количеством соединённых друг с другом мономерных звеньев, одинаковых или разных. Свойства биополимеров зависят от строения их мономеров. Главные вещества всего живого — белки и нуклеиновые кислоты.

• белки служат строительным материалом и регулируют процессы обмена веществ;
• нуклеиновые кислоты хранят и передают наследственную информации (генетический код универсален, т. е. он одинаковый для всего живого);
• полисахариды являются основными источниками необходимой для жизни энергии (процессы превращения разных видов энергии тоже универсальны — они протекают одинаково во всех живых организмах).

Все биополимеры построены по одному плану. Эти вещества образованы небольшим количеством повторяющихся звеньев (мономеров), одинаковых или разных. Так, в состав молекул белков входит \(20\) аминокислот, а в состав молекул нуклеиновых кислот — \(4\) вида нуклеотидов. Всё разнообразие биополимеров обусловлено разными сочетаниями этих мономеров, образующими огромное количество вариантов макромолекул. Такое строение биополимеров определяет всё разнообразие проявлений жизни на Земле.

Особые свойства биологических полимеров обнаруживаются, когда они находятся в живой клетке. В изолированном виде молекулы биополимеров являются неживыми.

Связь между молекулярным и более сложным клеточным уровнем обеспечивается тем, что биологические молекулы служат строительным материалом для клеточных структур.

Источник