Биологический уровень организации материи. Порядок и беспорядок в природе

· ядро – важнейшая часть всех клеток (кроме бактериальных), в которой находятся хромосомы – длинные нитевидные тельца, состоящие из ДНК и присоединенного к ней белка, поэтому ядро хранит и воспроизводит генетическую информацию, а также регулирует процессы обмена веществ в клетке.

Клетки растут и размножаются путем деления на две дочерние клетки. При этом дочерним клеткам передается полный набор хромосом, несущих генетическую информацию. Перед делением число хромосом удваивается. Такое деление клеток, обеспечивающее одинаковое распределение генетического материала между дочерними клетками, называется митозом.

 

4.3 Типы клеток и организмов

 

Многоклеточные организмы также развиваются из одной клетки – яйца. Но в процессе его деления клетки видоизменяются. Это приводит к появлению множества разных клеток – мышечных, нервных, кровяных и т.д. Разные клетки синтезируют разные белки. Тем не менее, 
в каждой клетке многоклеточного организма есть полная генетическая информация для построения всех белков, нужных для этого организма.

В зависимости от типа клеток все организмы делятся на две группы:

· прокариоты – клетки, лишенные оформленного ядра. В них молекулы ДНК не окружены ядерной мембраной и не организованы в хромосомы. К прокариотам относятся бактерии;

· эукариоты – клетки, содержащие ядра. Кроме того, в них есть митохондрии – органеллы, 
в которых идет процесс окисления. К эукариотам относятся простейшие, грибы, растения и животные, поэтому они могут быть одноклеточными и многоклеточными.

Таким образом, между прокариотами и эукариотами есть существенные отличия в структуре и функционировании генетического аппарата, клеточных стенок и мембранных систем, синтезе белка и т.д. Предполагается, что первыми организмами, появившимися на Земле, были прокариоты. Так считалось до 1960-х гг., когда углубленное изучение клетки привело к открытию архебактерий, строение которых сходно как с прокариотами, так и с эукариотами. Вопрос о том, какие одноклеточные организмы являются более древними, о возможности существования некой первоклетки, из которой потом появились все три линия развития клетки, до сих пор остается открытым.

Изучая живую клетку, ученые обратили внимание на существование двух основных типов ее питания, что позволило все организмы разделить на два вида:

· автотрофные организмы – они не нуждаются в органической пище и могут жить за счет хемосинтеза (бактерии) или фотосинтеза (растения), то есть сами производят необходимые им питательные вещества;

· гетеротрофные организмы – это все организмы, которые не могут обходиться без органической пищи.

Позднее были уточнены такие важные факторы, как способность организмов синтезировать необходимые вещества (витамины, гормоны и т.д.), обеспечивать себя энергией, зависимость от экологической среды и др. Таким образом, сложный и дифференцированный характер трофических связей свидетельствует о необходимости системного подхода к изучению жизни и на онтогенетическом уровне. Так была сформулирована концепция функциональной системности П.К. Анохина, в соответствии с которой в одноклеточных и многоклеточных организмах согласованно функционируют различные компоненты систем. При этом отдельные компоненты способствуют согласованному функционированию других, обеспечивая тем самым единство и целостность протекания всех процессов жизнедеятельности организма. Функциональная системность также проявляется в том, что процессы на низших уровнях организуются функциональными связями на высших уровнях. Особенно заметно функциональная системность проявляется у многоклеточных организмов.

Многоклеточные организмы

Многоклеточные организмы делятся на три царства: грибы, растения и животные. Их жизнедеятельность, а также работа отдельных частей организма изучается физиологией. Она изучает также различные функции живого организма, их связь между собой, регуляцию и приспособление к внешней среде, происхождение и становление в процессе эволюции и индивидуального развития особи. По сути дела, физиология изучает процесс онтогенеза. Этот процесс описывается на основе знаменитого биогенетического закона, сформулированного Э. Геккелем, автором термина «онтогенез».

Биогенетический закон утверждает, что онтогенез в краткой форме повторяет историю развития своего вида – филогенез, то есть отдельный организм в своем индивидуальном развитии в сокращенной форме проводит все стадии развития своего вида.

Таким образом, онтогенез представляет собой реализацию наследственной информации, закодированной в зародышевой клетке, а также проверку согласованности всех систем организма во время его работы и приспособления к окружающей среде.

Все многоклеточные организмы состоят из органов и тканей.

Ткани – это группа физически объединенных клеток и межклеточных веществ для выполнения определенных функций.

Их изучение является предметом гистологии. Ткани могут образовываться как из одинаковых, так и из разных клеток. Например, у животных из одинаковых клеток построен плоский эпителий, а из разных клеток – мышечная, нервная, соединительная ткани.

Органы – это относительно крупные функциональные единицы, которые объединяют различные ткани в те или иные физиологические комплексы.

Внутренние органы есть только у животных, у растений они отсутствуют. В свою очередь органы входят в состав более крупных единиц – систем организма. Среди них выделяют нервную, пищеварительную, сердечно-сосудистую, дыхательную и другие системы.

Собственно живой организм представляет собой особую внутреннюю среду, существующую во внешней среде. Он образуется в результате взаимодействия генотипа с фенотипом. Таким образом, организм представляет собой стабильную систему внутренних органов и тканей, существующих во внешней среде.

Поскольку условия внешней среды постоянно меняются, живые организмы должны на них реагировать, но сохранять при этом стабильность своей внутренней среды. По этой причине живые организмы являются открытыми системами с гомеостатическими обратными связями. Подобная мысль была высказана еще в середине XIX в. французским биологом К. Бернаром, а термин «гомеостаз» введен в 1932 г. американским физиологом У. Кэнноном.

Гомеостаз – совокупность сложных приспособительных реакций животного и человека, направленных на устранение или максимальное ограничение действий различных факторов внешней или внутренней среды, нарушающих относительное динамическое постоянство внутренней среды организма (например, постоянство температуры тела, кровяного давления, содержания глюкозы в крови).

Таким образом, организмы поддерживают свою жизнедеятельность за счет постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой. При этом процесс метаболизма регулируется посредством механизмов гомеостаза, поддерживающих все клеточные, тканевые, организменные и поведенческие показатели на оптимальных уровнях. Например, в организмах животных такими регуляторами являются железы внутренней секреции, нервная система, которые в свою очередь управляются из соответствующих центров головного и спинного мозга.

 

 

5 Происхождение и сущность жизни

 

Вопросы о происхождении и сущности жизни издавна стали предметом интереса человека в его стремлении разобраться в окружающем мире, понять самого себя и определить свое место в мире. Это очень значимые вопросы, так как они, вместе с вопросами о происхождении Вселенной и человека, составляют фундамент нашего мировоззрения. Необходимо отметить, что на самом деле это не два вопроса, а фактически один, сформулированный в двух аспектах. И действительно, невозможно узнать, как появилась жизнь на Земле, если не знать, что это такое. С другой стороны, нельзя ответить на вопрос, что такое жизнь, не рассматривая вопрос о ее происхождении.

5.1 История проблемы происхождения  жизни и основные гипотезы 
происхождения жизни

 

Попытки решить этот важнейший вопрос предпринимались философами и учеными на протяжении многих веков. Своими корнями они уходят в эпоху античности. С тех пор прошло более двух с половиной тысяч лет, но в биологии существует лишь шесть основных концепций, объясняющих происхождение жизни:

• креационизм – сотворение жизни Богом;

• концепция стационарного состояния – идея вечности жизни;

• концепция многократного самозарождения живого из неживого вещества;

• концепция панспермии – возникновение жизни из космоса;

• случайное однократное происхождение жизни;

• закономерное происхождение жизни путем химической эволюции.

Концепция креационизма

Она имеет самую длинную историю, так как практически во всех древних политеистических религиях выделялся бог, ответственный за начало жизни. В мировых религиях эта функция приписывается единственному Богу – творцу мира. Так, в иудео-христианской традиции Бог сотворил мир, в том числе растения, животных и человека, всего за шесть дней из ничего по своему желанию. Так, в 1650 г. архиепископ Ашер из Ирландии вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н.э. Последний акт творения – создание человека было закончено 23 октября в 
9 часов утра. Ашер получил эти результаты, сложив возраст всех людей, упоминающихся в библейской генеалогии, от Адама до Христа. Правда, в это время на Ближнем Востоке уже существовали цивилизации Древнего Египта и Шумера, но с арифметической точки зрения все было правильно.

Интересно был решен вопрос о продолжительности акта творения мира. В Библии сказано, что Бог сотворил мир за шесть дней. Некоторые христианские теологи верят, что это были обычные дни по 24 часа. Другие богословы относились к библейским текстам как к аллегориям и считали, что каждый день творения занимал тысячу лет. Но в любом случае все рассуждения базируются лишь на вере в библейские откровения, сомневаться в которых нельзя, а научные истины в соответствии с принципом фальсификации всегда подвергаются сомнению.

Поэтому концепция креационизма, по существу, научной не является, поскольку возникла в рамках религиозного мировоззрения. Она утверждает, что жизнь такова, какова она есть, потому что такой ее сотворил Бог. Тем самым практически снимается вопрос о научном решении проблемы происхождения жизни, так как все религии требуют принимать это положение на веру, без доказательств. Тем не менее эта концепция до сих пор продолжает пользоваться довольно большой популярностью.

Концепция самозарождения жизни из неживого вещества

Вплоть до середины XIX века единственной альтернативой креационизму была концепция многократного самозарождения жизни из неживого вещества. Эта точка зрения возникла в древности в связи с тем, что повседневные наблюдения показывали, как в мусорных кучах, гниющих отбросах постоянно появляются личинки, черви, мухи. Поскольку о существовании микроорганизмов в те времена еще не было ничего известно, считалось, что все низшие организмы появляются путем самозарождения. То же самое говорилось о головастиках, которые, как считалось, самозарождались из ила.

Данную концепцию поддерживали такие крупные ученые и выдающиеся мыслители, как Аристотель, Парацельс, Гарвей, Коперник, Галилей, Гете, Декарт, Шеллинг и др. Их авторитет во многом определил длительный срок существования идеи самозарождения и ее широкое распространение. Достаточно сказать, что опыты Франца Реди, проведенные еще в XVII в., доказали невозможность самозарождения червей из гниющего мяса при отсутствии мух. Реди известен нам и сегодня, как автор знаменитого принципа Реди, получившего его имя: «Все живое – от живого». Поэтому Реди стал основоположником концепции биогенеза, утверждавшей, что жизнь возникает только из предшествующей жизни. В XVIII в. итальянец Л. Спалланцани провел опыты с мельчайшими существами, доказав, что в прокипяченных органических настоях не могут самопроизвольно зарождаться микроорганизмы. Но эти эксперименты не оказали серьезного влияния на господствующую в науке концепцию спонтанного самозарождения.

Лишь в 60-е гг. XIX в. в развернувшейся между Ф.А. Пуше и Л. Пастером дискуссии, потребовавшей экспериментальных исследований, удалось строго научно обосновать несостоятельность этой концепции. Опыты Пастера продемонстрировали, что микроорганизмы появляются в органических растворах в силу того, что туда были ранее занесены их зародыши. Если же сосуд с питательной средой оградить от занесения в него микробов, проведя стерилизацию (пастеризацию), то никакого самозарождения не произойдет. Опыты Пастера подтвердили принцип Реди и показали научную несостоятельность концепции спонтанного самозарождения организмов. 
Но, опровергнув эту концепцию, Пастер, к сожалению, не предложил никакой другой идеи. Поэтому в середине XIX в. наука не могла ничего утвердительно сказать о том, как возникла жизнь на Земле.

Концепция панспермии

В 1865 г. немецким ученым Георгом Рихтером на стыке космогонии и физики была разрабо-тана гипотеза занесения жизни и живых существ на Землю из космоса – панспермии. Согласно его идее, зародыши простых организмов могли попасть в земные условия вместе с метеоритами и космической пылью, положив начало эволюции живого, породившей все многообразие земной жизни. Таким образом, концепция панспермии (от греч. pan – весь, sperma – семя) предполагает, что земная жизнь в виде некоторых «семян» широко распространена в космосе.