Биология

Сущность жизни

Биология – это наука о жизни. Классическое определение немецкого философа Фридриха Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка» отражает уровень биологических знаний второй половины XIX в.

В XX в. делались многочисленные попытки дать определение жизни. Одно из таких определений выглядит следующим образом: жизнь можно определить как активное, идущее с затратой энергии, полученной извне, поддержание и самовоспроизведение специфических структур, состоящих из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот. В этом определении указывается на то, что жизнь связана не только с белками, но и с нуклеиновыми кислотами, носителями наследственной информации.

Ни нуклеиновые кислоты, ни белки вне клетки не являются субстратом жизни. Они становятся субстратом жизни лишь тогда, когда находятся и функционируют в клетке. Вне клетки – это химические соединения.

Свойства живого

Для живого характерен ряд общих свойств:

1. Единство химического состава. Живые существа образованы теми же химическими элементами, что и неживые объекты, но в живых существах 90 % массы приходится на четыре элемента: углерод (C), кислород (O), азот (N), водород (H) (см. Рис. 1). 

Рис. 1. Основные химические элементы живых существ. Углерод. Кислород. Азот. Водород

2. Единство структурной организации. Клетка (см. Рис. 2) является единой структурно-функциональной единицей живого. Исключением являются вирусы
(см. Рис. 3), так как они являются неклеточными формами жизни, но они также не могут существовать вне живых организмов.

Рис. 2. Клетка кожицы лука

Рис. 3. Вирусы гриппа А

3. Открытость. Все живые организмы представляют собой открытые системы, устойчивость которых поддерживается в результате постоянного притока энергии и веществ из окружающей среды.

4. Обмен веществ и энергии. Все живые организмы способны к обмену веществ и энергии с окружающей средой. Обмен веществ состоит из двух взаимосвязанных процессов: синтез органических веществ и процесс распада органических веществ с выделением энергии.

5. Самовоспроизведение (репродукция). Способность к самовоспроизведению является важнейшим свойством всех живых организмов. В ее основе лежит информация о строении и функциях любого живого организма, заложенная в нуклеиновых кислотах и обеспечивающая специфичность структуры и жизнедеятельности живого.

6. Саморегуляция. Любой живой организм подвергается воздействию непрерывно меняющихся условий окружающей среды. В то же время для протекания процессов жизнедеятельности в клетках необходимы определенные условия. Благодаря механизмам саморегуляции поддерживается постоянство внутренней среды организма, необходимое для протекания жизненноважных процессов.

7. Рост и развитие. Все живые организмы растут. Однако если растения и грибы обладают неограниченным ростом (растут всю свою жизнь), то животные и человек растут до определенного времени (считается, что человек растет до 25 лет).

Онтогенез – процесс развития организма от момента образования зиготы до окончания жизненного цикла (до смерти).

Филогенез (см. Рис. 4) – процесс исторического развития данного вида. 

Рис. 4. Филогенез человека

8. Раздражимость. Любой живой организм способен избирательно реагировать на внешние и внутренние воздействия. Если одноклеточные живые организмы отвечают на раздражитель движением, то у человека этот процесс достаточно сложный. Раздражимость у растений с первого взгляда не заметна, но некоторые растения обладают поразительной чувствительностью к прикосновению и могут ловить насекомых.

9. Наследственность и изменчивость. Преемственность поколений обеспечивается наследственностью, но потомки не являются копиями своих родителей из-за способности наследственной информации к изменениям – изменчивости. Даже однояйцовые близнецы не всегда являются копиями друг друга.

Отдельные свойства, перечисленные выше, могут быть присущи и неживой природе. Например, кристаллы в насыщенном растворе соли могут «расти». Однако этот рост не имеет тех качественных и количественных характеристик, которые присущи росту живого.

Биохимия клетки

Всего шесть элементов составляют основу всех живых организмов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера. Первые четыре элемента являются основными, фосфор и сера встречаются в организмах в малых количествах.

Углерод, водород, кислород и азот составляют основу всех органических соединений (образовывают живые материи) благодаря тому, что:

1. Эти элементы формируют прочные ковалентные связи, и из всех соединений, образующих ковалентные связи, они самые легкие.

2. Эти элементы формируют одинарные и двойные связи между собой (углерод может образовывать тройную связь с другими углеродами или с атомами азота). Это приводит к формированию разнообразных органических соединений.

3. Соединениям углерода свойственна особенность, которая состоит в способности спаренных электронов формировать вокруг атомов углерода тетраэдрическую конфигурацию. Благодаря этому различные органические соединения имеют различную трехмерную структуру.

Вирусы

В 1892 году Д.И. Ивановский (см. Рис. 5), изучая мозаичную болезнь табака (см. Рис. 6), установил, что причиной заболевания является некое инфекционное начало, содержащееся в листьях больных растений, которое проходит через фильтр, задерживающий обыкновенные бактерии. Если профильтрованный сок внести в листья здоровых растений, то они также заболевают мозаичной болезнью. 

Рис. 5. Д.И. Ивановский

Рис. 6. Мозаичная болезнь табака

В 1898 году независимо от Ивановского аналогичные результаты получил голландский микробиолог М. Бейеринк. Однако он предположил, что мозаичную болезнь табака вызывают не мельчайшие бактерии, а некое жидкое заразное начало, которое он назвал фильтрующим вирусом.

Размеры вирусов определяются нанометрами (20–200 нм), поэтому их изучение началось после открытия электронного микроскопа.

Вирусы относятся к неклеточным формам жизни. Они не живут вне живых организмов. Они имеют молекулу ДНК или РНК (см. Рис. 7), которая погружена под белковую оболочку. Также они имеют ряд ферментов для проникновения в клетку-хозяина. 

Рис. 7. Вирус

В клетке-хозяине вирусы могут разрушить ДНК и всю белоксинтезирующую систему хозяина направить на выработку собственных белков. Также ДНК вируса может встраиваться в ДНК хозяина, что приводит к передаче ДНК вируса по наследству потомкам и к образованию различных опухолей.

Гомеостаз

Для обеспечения стационарного состояния организмов выработались различные приспособления: анатомические, физиологические, поведенческие, целью которых является обеспечение постоянства внутренней среды.

Впервые мысли о том, что постоянство внутренней среды обеспечивает нормальные условия для роста и развития организма была выдвинута в 1857 году Клодом Бернаром. На протяжении всей научной карьеры его поражало то, что вне зависимости от состояния окружающей среды (температуры, влажности) температурные границы внутри организма изменяются в очень узком диапазоне.

В 1932 году американский физиолог Уолтер Кеннон ввел понятие гомеостаз для определения механизмов, поддерживающих постоянство внутренней среды. Эти механизмы могут работать как на клеточном уровне, так и на популяционном.

 

Список литературы

1. Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Общая биология 10–11 класс Дрофа, 2005.
2. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П.В. Ижевский, О.А. Корнилова, Т.Е. Лощилина и др. – 2-е изд., переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стр.
3. Беляев Д.К. Биология 10–11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.
4. Агафонова И.Б., Захарова Е.Т., Сивоглазов В.И. Биология 10–11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Biouroki.ru (Источник).
2. School.xvatit.com (Источник).
3. Youtube.com (Источник).

 

Домашнее задание

1. Вопросы в конце параграфа 3 (стр. 15) – Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. «Общая биология», 10–11 класс (Источник)
2. Что такое жизнь? Попытайтесь дать свое определение.
3. Перечислите основные свойства живой материи.