Какое самое главное свойство жизни
Главным объектом внимания и профессиональной деятельности врача является человек, представляющий неотъемлемую часть природы.
Велика роль курса биологии не только в естественнонаучной, но и в мировоззренческой подготовке врача. Предлагаемый материал учит разумному и осознанно внимательному отношению к окружающей природе, себе самому и окружающим как части этой природы, способствует выработке критической оценки последствий воздействия человека на среду обитания. Биологические знания воспитывают бережное и уважительное отношение к детям и лицам преклонного возраста. Открывшаяся на рубеже веков в связи с развитием геномики возможность активно и фактически произвольно изменять генетическую конституцию людей неизмеримо увеличивает ответственность врача, требуя от него неукоснительного следования этическим нормам, гарантирующим соблюдение интересов пациента.
Поразительное многообразие жизни создает большие трудности для ее однозначного и исчерпывающего определения как особого явления природы. Во многих определениях жизни, предлагавшихся выдающимися мыслителями и учеными, указываются ведущие свойства, качественно отличающие (по мнению того или иного автора) живое от неживого. К примеру, жизнь определяли как «питание, рост и одряхление» (Аристотель); «стойкое единообразие процессов при различии внешних влияний» (Г. Тревиранус); «совокупность функций, сопротивляющихся смерти» (М. Биша); «химическую функцию» (А. Лавуазье); «сложный химический процесс» (И. П. Павлов). Неудовлетворенность ученых этими определениями понятна. Наблюдения показывают, что свойства живого не носят исключительного характера и по отдельности обнаруживаются среди объектов неживой природы.
Определение жизни как «особой, очень сложной формы движения материи» (А. И. Опарин) отражает ее качественное своеобразие, несводимость биологических законов к химическим и физическим. Однако оно носит общий характер, не раскрывая конкретного содержания этого своеобразия.
В практическом отношении полезны определения, основанные на выделении комплекса свойств, который обязателен для живых форм. Одно из них характеризует жизнь как макромолекулярную открытую систему, которой свойственны иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, обмен веществ, тонко регулируемый поток энергии. Жизнь, согласно этому определению, представляет собой ядро упорядоченности, распространяющееся в менее упорядоченной Вселенной.
Согласно определению, данному ученым-биологом М.В. Волькенштейном (1965 г.), «живые организмы представляют собой открытые, саморегулирующиеся, самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот». Через живые открытые системы проходят потоки энергии, информации, вещества.
Живые организмы отличаются от неживых признаками, совокупность которых определяет их жизненные проявления.
Основные признаки живых систем:
1) Химический состав. Живые существа состоят из тех же химических элементов, что и неживые, но в организмах есть молекулы веществ, характерных только для живого (нуклеиновые кислоты, белки, липиды).
2) Дискретность и целостность. Любая биологическая система (клетка, организм, вид и т.д.) состоит из отдельных частей, т.е. дискретна. Область жизни представлена совокупностью отдельных организмов, т.е. характеризуется дискретностью. Взаимодействие этих частей образует целостную систему (например, в состав организма входят отдельные органы, связанные структурно и функционально в единое целое).
3) Структурная организация. Живые системы способны создавать порядок из хаотичного движения молекул, образуя определенные структуры. Для живого характерна упорядоченность в пространстве и времени. Это комплекс сложных саморегулирующихся процессов обмена веществ, протекающих в строго определенном порядке, направленном на поддержание постоянства внутренней среды — гомеостаза.
4) Обмен веществ и энергии. Живые организмы — открытые системы, совершающие постоянный обмен веществом и энергией с окружающей средой. Его содержание составляют взаимосвязанные и сбалансированные процессы ассимиляции(анаболизм) и диссимиляции (катаболизм). Результатом ассимиляции является образование и обновление структур организма, диссимиляции — расщепление органических соединений с целью обеспечения различных сторон жизнедеятельности необходимыми веществами и энергией. Процессы ассимиляции и диссимиляции представлены многочисленными химическими реакциями, объединенными в метаболические цепи, циклы, каскады. Последние представляют собой совокупность взаимосвязанных реакций, протекание которых строго упорядочено во времени и пространстве. Тело микоплазмы (микроорганизма, занимающего по размерам промежуточное положение между вирусами и типичными бактериями) превосходит по диаметру атом водорода всего в 1000 раз. Даже в таком малом объеме осуществляется примерно 100 биохимических реакций, необходимых для жизнедеятельности этого организма. Для сравнения: жизнедеятельность клетки человека требует согласованного протекания более 10 000 реакций.
При изменении условий среды происходит саморегуляция жизненных процессов по принципу обратной связи, направленная на восстановление постоянства внутренней среды — гомеостаза. Например, продукты жизнедеятельности могут оказывать сильное и строго специфическое тормозящее воздействие на те ферменты, которые составили начальное звено в длинной цепи реакций.
5) Самовоспроизведение. Самообновление. Время существования любой биологической системы ограничено. Для поддержания жизни происходит процесс самовоспроизведения, связанный с образованием новых молекул и структур, несущих генетическую информацию, находящуюся в молекулах ДНК.
6) Наследственность. Молекула ДНК способна хранить, передавать наследственную информацию, благодаря матричному принципу репликации, обеспечивая материальную преемственность между поколениями.
7) Изменчивость. При передаче наследственной информации иногда возникают различные отклонения, приводящие к изменению признаков и свойств у потомков. Если эти изменения благоприятствуют жизни, они могут закрепиться отбором.
8) Рост и развитие. Организмы наследуют определенную генетическую информацию о возможности развития тех или иных признаков. Реализация информации происходит во время индивидуального развития — онтогенеза. На определенном этапе онтогенеза осуществляется рост организма, связанный с репродукцией молекул, клеток и других биологических структур. Рост сопровождается развитием.
9) Раздражимость и движение. Все живое избирательно реагирует на внешние воздействия специфическими реакциями благодаря свойству раздражимости. Организмы отвечают на воздействие движением. Проявление формы движения зависит от структуры организма.
10) Включенность организмов в процесс эволюции, существование отдельных организмов лишь во взаимодействии с другими в составе особых сообществ — биоценозов – свойства, распространяющиеся на область жизни в целом. Они отражают универсальные принципы ее существования во времени и пространстве. Благодаря этому жизнь как особое явление материального мира сохраняется на протяжении вот уже более 3 млрд. лет.
Молекулярно-генетический уровень организации живого
1. Основные понятия молекулярной биологии и генетики
2. История формирования представлений об организации материального субстрата наследственности и изменчивости
3. Общие свойства генетического материала
4. Генный уровень организации генетического материала
Химическая организация гена
Свойства генетического кода
Самовоспроизведение наследственного материала. Репликация ДНК
Механизмы сохранения нуклеотидной последовательности ДНК. Репарация
Транскрипция
Трансляция
Центральная догма молекулярной биологии
Функциональная характеристика гена
5. Хромосомный уровень организации генетического материала
Хромосомная теория наследственности
Химический состав хромосом
Структурная организация хроматина
Морфология хромосом
Правила хромосом
6. Геномный уровень организации генетического материала
Живые системы имеют общие признаки:
1. единство химического состава свидетельствует о единстве и связи живой и неживой материи.
Пример:
в состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы, но в других количественных соотношениях (т. е. живые организмы обладают способностью избирательного накопления и поглощения элементов). Более (90) % химического состава приходится на четыре элемента: С, O, N, H, которые участвуют в образовании сложных органических молекул (белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов).
2. Клеточное строение (Единство структурной организации). Все существующие на Земле организмы состоят из клеток. Вне клетки жизни нет.
3. Обмен веществ (Открытость живых систем). Все живые организмы представляют собой «открытые системы».
Открытость системы — свойство всех живых систем, связанное с постоянным поступлением энергии извне и удалением продуктов жизнедеятельности (организм жив, пока в нём происходит обмен веществами и энергией с окружающей средой).
Обмен веществ — совокупность биохимических превращений, происходящих в организме и других биосистемах.
Обмен веществ состоит из двух взаимосвязанных процессов: синтеза органических веществ (ассимиляции) в организме (за счёт внешних источников энергии — света и пищи) и процесса распада сложных органических веществ (диссимиляции) с выделением энергии, которая затем расходуется организмом. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.
4. Самовоспроизведение (Репродукция) — способность живых систем воспроизводить себе подобных. Способность к самовоспроизведению является важнейшим свойством всех живых организмов. В её основе лежит процесс удвоения молекул ДНК с последующим делением клеток.
5. Саморегуляция (Гомеостаз) — поддержание постоянства внутренней среды организма в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды. Любой живой организм обеспечивает поддержание гомеостаза (постоянства внутренней среды организма). Стойкое нарушение гомеостаза ведёт к гибели организма.
6. Развитие и рост. Развитие живого представлено индивидуальным развитием организма (онтогенезом) и историческим развитием живой природы (филогенезом).
- В процессе индивидуального развития постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организма и осуществляется его рост (все живые организмы растут в течение своей жизни).
- Результатом исторического развития является общее прогрессивное усложнение жизни и всё многообразие живых организмов на Земле. Под развитием понимают как индивидуальное развитие, так и историческое развитие.
7. Раздражимость — способность организма избирательно реагировать на внешние и внутренние раздражители (рефлексы у животных; тропизмы, таксисы и настии у растений).
8. Наследственность и изменчивость представляют собой факторы эволюции, так как благодаря им возникает материал для отбора.
- Изменчивость — способность организмов приобретать новые признаки и свойства в результате влияния внешней среды и/или изменений наследственного аппарата (молекул ДНК).
- Наследственность — способность организма передавать свои признаки последующим поколениям.
9. Способность к адаптациям — в процессе исторического развития и под действием естественного отбора организмы приобретают приспособления к условиям окружающей среды (адаптации). Организмы, не обладающие необходимыми приспособлениями, вымирают.
10. Целостность (непрерывность) и дискретность (прерывность). Жизнь целостна и в то же время дискретна. Эта закономерность присуща как структуре, так и функции.
Любой организм представляет собой целостную систему, которая в то же время состоит из дискретных единиц — клеточных структур, клеток, тканей, органов, систем органов. Органический мир целостен, поскольку все организмы и происходящие в нём процессы взаимосвязаны. В то же время он дискретен, так как складывается из отдельных организмов.
Отдельные свойства, перечисленные выше, могут быть присущи и неживой природе.
Пример:
для живых организмов характерен рост, но ведь и кристаллы растут! Хотя этот рост не имеет тех качественных и количественных параметров, которые присущи росту живого.
Пример:
для горящей свечи характерны процессы обмена и превращения энергии, но она не способна к саморегуляции и самовоспроизведению.
Следовательно, все перечисленные выше свойства характерны для живых организмов только в своей совокупности.
Источники:
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.
Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.
https://900igr.net/kartinki/geografija/Krugovoroty-v-biosfere/005-Priznaki-zhivogo.html
Раздел 1
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
1.1.3. Основные свойства жизни
В состав живых организмов на
атомном уровне входят те же химические элементы, что и в неживой материи. Однако
на молекулярном уровне возникают различия что отделяющих живое от неживого.
Живые организмы имеют присущие только им системы химических связей, взаимодействий между
молекулами: ковалентные, ионные, водные связи, гидрофобные взаимодействия. Молекулы
живых организмов способны образовывать полимерные комплексы. Способность образовывать эти
комплексы, их последующие преобразования, а также разрушения, обеспечивает
важнейшее свойство живой системы — обмен веществ, содержание которого составляют
синхронизированы процессы ассимиляции (процессы синтеза, анаболизм) и диссимиляции
(процессы распада, катаболизм). Во время ассимиляции создаются или обновляются
различные морфологические структуры, процесс происходит с поглощением энергии и называется
пластическим обменом. Во время диссимиляции происходит расщепление сложных
химических соединений в относительно простых, что сопровождается выделением энергии. Этот
процесс называют энергетическим обменом. Пластический и энергетический обмены тесно
связанные, составляют единый метаболический цикл, который происходит в клетке
(рис. 1.7).
Рис. 1.7. Ганс Кребс (Н. Krebs) (1900-1981) открыл цикл три
карбоновых кислот.
Полученные извне вещества в процессе
пластического обмена организмы превращают в собственные, которые заменяют старые
элементы и одновременно удаляют в окружающую среду соединения, которые образовались в
процессе диссимиляции, а также вещества, не использованные организмом. Поэтому живой
организм является открытой системой — происходит непрерывное взаимодействие с окружающей средой,
во время которой осуществляется обмен со средой энергией, материей (веществом)
и информацией.
Способность противостоять нарастанию
энтропии. Небіологічні системы способны выполнять работу за счет тепловой
энергии. Живые системы функционируют в изотермическом режиме, а потому для
осуществления процессов жизнедеятельности используют химическую энергию и
подчиняются законам термодинамики. Аутотрофні организмы используют
энергию солнечного света или расщепление химических соединений (железо и
сіркобактерії). Гетеротрофні организмы получают энергию в результате сочетания
метаболизма с процессом распада сложных органических молекул, которые поступают
извне.
В соответствии с первым законом
термодинамики, внутренняя энергия вместе с ее окружением остается постоянной. По
каких-либо изменений системы внутренняя энергия не расходуется и не приобретается. Эта
энергия может переходить от одной части к другой или превращаться из
одной формы в другую.
По второму закону термодинамики,
энтропия при самопроизвольных процессах возрастает. Энтропия является мерой неупорядоченности,
хаотичности системы и достигает максимального значения, когда система переходит
до состояния истинного равновесия.
В живых системах постоянно
происходят биохимические реакции, что сопровождается выделением тепла. Такие
процессы проходят с участием ферментов самовольно и характеризуются уменьшением
свободной энергии. Энергетические процессы в клетке осуществляются упорядоченно, а не
хаотично. За таких
условий не может быть
настоящей, устойчивой равновесия. Поэтому клетки как живые организмы способны противостоять
росту энтропии. Високовпорядковані системы (живые организмы) легко
разрушаются; если на поддержание относительного постоянства не тратится энергия,
они приобретают неупорядоченности (энтропии).
Самообновлению. В основе
самообновлению лежат реакции синтеза, т.е. образование
новых молекул и структур на основе информации,
заложенной в последовательности нуклеотидов ДНК (рис. 1.8).
Рис. 1.8. Схема строения ДНК
(фрагмент).
Саморегуляция. Саморегуляция, или
ауторегуляція — это способность организмов поддерживать относительное постоянство
химического состава и протекания физиологических процессов — гомеостаз. Саморегуляция
происходит при участии нервной, иммунной и эндокринной систем. Сигналами для
коррекции гомеостаза является избыток или недостаток тех или иных веществ, выведение
системы из равновесия и т.д.
Важным проявлением жизни является
раздражимость — способность живых организмов реагировать на определенные воздействия окружающей среды.
Характер раздражителей, а, следовательно, и адекватные реакции-ответа организмов на них
разнообразны. Они имеют свои особенности у представителей животного и
растительного мира. Распространенной формой проявления раздражимости является движения — активные или
пассивные. В мире животных движения проявляются в виде таксисів. Это определенное позитивное
или отрицательное перемещения относительно раздражителя (фототаксис, термотаксис,
хемотаксис). Растениям присущи тропізми, настії, нутації. Движения отражают
разные пути эволюционных перестроек и адаптаций организмов к среде
существования.
Одним из обязательных свойств
жизни является способность к самовоспроизведению (размножению). В процессе размножения
организмы дают потомство, то есть возникают организмы, сходные с родительскими
формам. Таким образом обеспечивается преемственность между родителями и потомками. В
современных условиях организмы могут возникать только из материальных форм (клеток)
путем размножения.
Самовоспроизводство происходит на всех
уровнях организации живой материи. Благодаря репродукции не только целые организмы,
но и клетки после деления похожи на своих предшественников.
Самовоспроизводство обеспечивается ДНК.
Кроме ДНК, ни одна другая структура клетки, в том числе и все белки, таким свойством
не наделена. Способность молекул ДНК к саморепродукції имеет исключительный связь с
процессом деления клеток и размножением организмов.
Размножение является необходимым условием
существование любого вида растений и животных.
Жизненным отражением космических
процессов является эволюционно сформирована биологическая ритмичность — универсальная
особенность жизни. Биоритмы — это количественные и качественные изменения биологических процессов,
которые происходят на разных уровнях организации. их возникновение обусловлено
планетарными взаимодействиями, вращением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца.
Самым распространенным является цир — кадіанний (білядобовий) хроноритм, что следует из
фотопериода — изменения длины дня и ночи. Растительный и животный мир реагирует на
фотопериод фотоперіодизмом — сложным комплексом изменений жизнедеятельности.
Фотоперіодизм является существенным компонентом таких элементов высшей нервной деятельности,
как инстинкты.
Ошажвішш и изменчивость. Молекулы ДНК
имеют исключительную устойчивость. С этим свойством ДНК связано ее участие в явлении
наследственности — процессе воспроизведения организмами в ряду следующих поколений похожих
признаков и свойств.
Наследственность — это способность организма
передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в
поколения. При размножении признаки и свойства передаются достаточно устойчиво.
Однако существуют и некоторые различия. Наследственность — это не просто воспроизведение,
копирования. Она всегда сопровождается изменчивостью. При размножении организмов
возникают новые свойства, это явление получило название изменчивость.
Изменчивость — это способность организмов
приобретать новых признаков и свойств. При этом возникает разнообразие, появление
новых форм жизни, новых видов организмов.
Наследственность и изменчивость —
неотъемлемые явления живой материи. Они проявляются в процессе размножения
организмов.
Рост и развитие. Рост связан с
обменом веществ. Если преобладает анаболизм — происходит рост живой системы.
Рост осуществляется на любых
уровнях биологической организации: рост клеток, рост органов, рост организмов,
рост популяций и т.д. Рост сопровождается увеличением массы органа, организма
или ростом числа особей в популяции и т.д.
Свойством живой материи является
способность к развитию — необратимой закономерного изменения биологической системы. В
результате развития претерпит изменения состав или структура системы, формируется новая
качество. Развитие составляющих организма носит название онтогенез, или
индивидуальное развитие. Развитие живой природы (эволюция) с образованием новых
видов, прогрессивным усложнением форм жизни носит название филогенез, или
историческое развитие.
Дискретность и целостность.
Дискретность (от лат. йїнсггШн — прерывность, разделение) означает, что
биологическая система (популяция, организм, орган, клетка) состоит из
обособленных или ограниченных в пространстве составляющих (виды, особи, ткани,
органеллы). Однако каждая из частей тесно связана с другой, они взаимодействуют между
собой, образуют структурно-функциональное единство, структур ну упорядоченность
по выполняемой функции.
Дискретность обеспечивает постоянство
течения биологических процессов во времени и пространстве. Взаимодействие складовіи
биологической системы происходит не изолированно, а находится в связи с
окружающей средой, она соответственно реагирует на стимулы, которые поступают снаружи.
При таких условиях биологическая система
рассматривается как целостная система. Ее составляющие образуют целостность, единое целое.
Об этом свидетельствуют однотипность реакций разных видов на действие раздражителя, взаємопе-
реходи биохимических реакций, тождество физиологических функций и т.д.
Жизнь многоликое. Все его
свойства объединяет единый процесс развития охватывает неживую природу, живое вещество и человеческое
общество.