FIRE CAT

Данный материал  Вы можете прочитать в оригинале на сайте http://sfedu.ru/lib1/chem/020101/m2_a_020101.htm ЧАСТЬ I. ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ ГЛАВА 1. СВОЙСТВА И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ 1.1. ПРЕДМЕТ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ БИОЛОГИИ Биология (греч. bio - жизнь и logos - знание, учение, наука) - наука о живых организма. Многообразие живой природы настолько велико, что современная биология представляет собой комплекс наук (биологические науки), значительно отличающихся одна от другой. При этом каждая имеет собственный предмет изучения, методы, цели и задачи. Например, вирусология - наука о вирусах, микробиология - наука о микроорганизмах, микология - наука о грибах, ботаника (фитология) - наука о растениях, зоология - наука о животных, антропология - наука о человеке, цитология - наука о клетках, гистология - наука о тканях, анатомия - наука о внутреннем строении, морфология - наука о внешнем строении, физиология - наука о жизнедеятельности целостного организма и его частей, генетика - наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими, экология - наука об отношениях живых организмов между собой и окружающей их средой, теория эволюции - наука об историческом развитии живой природы, палеонтология - наука о развитии жизни в прошлые геологические времена, биохимия - наука о химических веществах и процессах в живых организмах; биофизика - наука о физических и физико-химических явлениях в живых организмах, биотехнология - совокупность промышленных методов, позволяющих использовать живые организмы и отдельные их части для производства ценных для человека продуктов (аминокислот, белков, витаминов, ферментов, антибиотиков, гормонов и др.) и т.д. Биология принадлежит к комплексу естественных наук, то есть наук о природе. Она тесно связана с фундаментальными науками (математикой, физикой, химией), естественными (геологией, географией, почвоведением), общественными (психологией, социологией), прикладными (биотехнологией, растениеводством, охраной природы). Биологические знания используются в пищевой промышленности, фармакологии, сельском хозяйстве. Биология является теоретической основой таких наук, как медицина, психология, социология. Достижения биологии должны использоваться при решении глобальных проблем современности: взаимоотношения общества с окружающей средой, рационального природопользования и охраны природы, продовольственного обеспечения. Методы биологических исследований:

· метод наблюдения и описания (заключается в сборе и описании фактов);

· сравнительный метод (заключается в анализе сходства и различий изучаемых объектов);

· исторический метод (изучает ход развития исследуемого объекта);

· метод эксперимента (позволяет изучать явления природы в заданных условиях); • метод моделирования (позволяет сложные природные явления описывать относительно простыми моделями). 1.2. СВОЙСТВА ЖИВОЙ МАТЕРИИ Отечественным ученым М.В. Волькенштейном предложено следующее определение: "Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот". Однако общепринятого определения понятия "жизнь" не существует, но можно выделить признаки (свойства) живой материи, отличающие ее от неживой. 1.Определенный химический состав. Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, однако соотношение этих элементов различно. Основными элементами живых существ являются С, О, N и Н. 2.Клеточное строение. Все живые организмы, кроме вирусов, имеют клеточное строение. 3.Обмен веществ и энергозависимость. Живые организмы являются открытыми системами, они зависят от поступления в них веществ и энергии из внешней среды. 4.Саморегуляция. Живые организмы обладают способностью поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов. 5.Раздражимость и психические функции. Живые организмы проявляют раздражимость, то есть способность отвечать на определенные внешние воздействия специфическими реакциями. 6.Наследственность. Живые организмы способны передавать признаки и свойства из поколения в поколение с помощью носителей информации - молекул ДНК и РНК. 7.Изменчивость. Живые организмы способны приобретать новые признаки и свойства. 8.Самовоспроизведение (репродукция). Живые организмы способны размножаться - воспроизводить себе подобных. 9.Индивидуальное развитие. Онтогенез - развитие организма от момента зарождения до смерти. Развитие сопровождается ростом. 10.Эволюционное развитие. Филогенез - развитие жизни на Земле с момента ее возникновения до настоящего времени. 11.Ритмичность. Живые организмы проявляют ритмичность жизнедеятельности (суточную, сезонную и др.), что связано с особенностями среды обитания. 12.Целостность и дискретность. С одной стороны, вся живая материя целостна, определенным образом организована и подчиняется общим законам; с другой стороны, любая биологическая система состоит из обособленных, хотя и взаимосвязанных элементов. 13.Иерархичность. Начиная от биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) до биосферы в целом все живое находится в определенной соподчиненности. Функционирование биологических систем на менее сложном уровне делает возможным существование более сложного уровня (см. следующий параграф). 1.3. УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить ее на ряд уровней. Уровень организации живой материи - это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерархии живого. Выделяют следующие уровни: 1.Молекулярный (молекулярно-генетический). На этом уровне проявляются такие процессы жизнедеятельности, как обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации. 2.Клеточный. Клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живого. 3.Тканевой. Ткань - совокупность структурно сходных клеток, а также связанных с ними межклеточных веществ, объединенных выполнением определенных функций. 4.Органный. Орган - часть многоклеточного организма, выполняющая определенную функцию или функции. 5.Организменный. Организм - реальный носитель жизни, характеризующийся всеми ее признаками. В настоящее время часто выделяют единый "онтогенетический" уровень, включающий клеточный, тканевой, органный и организменный уровни организации. 6.Популяционно-видовой. Популяция - совокупность особей одного вида, образующих обособленную генетическую систему и населяющих пространство с относительно однородными условиями обитания. Вид - совокупность популяций, особи которых способны к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и занимают определенную область географического пространства (ареал). 7.Биоценотический. Биоценоз - совокупность организмов разных видов различной сложности организации, обитающих на определенной территории. Если при этом учитываются и абиотические факторы среды обитания, то говорят о биогеоценозе. 8.Биосферный. Биосфера - оболочка Земли, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов. Необходимо отметить, что биосферный уровень организации живой материи часто не выделяют, поскольку биосфера представляет собой биокосную систему, включающую не только живое вещество, но и неживое. 1.4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ По вопросу происхождения жизни так же, как и по вопросу о сущности жизни среди ученых нет единого мнения. Существует несколько подходов к решению вопроса о происхождения жизни, которые тесно переплетаются между собой. Классифицировать их можно следующим образом. 1.По принципу, что идея, разум первичны, а материя вторична (идеалистические гипотезы) или материя первична, а идея, разум вторичны (материалистические гипотезы). 2.По принципу, что жизнь существовала всегда и будет существовать вечно (гипотезы стационарного состояния) или жизнь возникает на определенном этапе развития мира. 3.По принципу - живое только от живого (гипотезы биогенеза) или возможно самозарождение живого из неживого (гипотезы абиогенеза). 4.По принципу возникла жизнь на Земле или была занесена из космоса (гипотезы панспермии). Рассмотрим наиболее значимые из гипотез. Креационизм. Жизнь была создана Творцом. Творец - это Бог, Идея, Высший разум или др. Гипотеза стационарного состояния. Жизнь, как и сама Вселенная, существовала всегда и будет существовать вечно, ибо не имеющее начала не имеет и конца. Вместе с тем существование отдельных тел и образований (звезд, планет, организмов) ограничено во времени, они возникают, рождаются и погибают. В настоящее время эта гипотеза имеет в основном историческое значение, так как общепризнанной теорией образования Вселенной является "теория Большого взрыва", согласно которой Вселенная существует ограниченное время, она образовалась из одной точки около 15 млрд лет назад. Гипотеза панспермии. Жизнь на Землю была занесена из космоса, и прижилась здесь, после того как на Земле сложились благоприятные для этого условия. Решение вопроса о том, как возникла жизнь в космосе, в силу объективных трудностей его решения, отодвигается на неопределенное время. Она могла быть создана Творцом, существовать всегда или возникнуть из неживой материи. В последнее время среди ученых появляется все больше сторонников этой гипотезы. Гипотеза абиогенеза (самозарождения живого из неживого и последующей биохимической эволюции). Жизнь зародилась на Земле из неживой материи. В 1924 г. А.И. Опарин высказал предположение, что живое возникло на Земле из неживой материи в результате химической эволюции - сложных химических преобразований молекул. Этому событию благоприятствовали сложившиеся в то время на Земле условия. В 1953 г. С. Миллер в лабораторных условиях получил ряд органических веществ из неорганических соединений. Была доказана принципиальная возможность неорганического пути образования биогенных органических соединений (но не живых организмов). А.И. Опарин полагал, что органические вещества могли создаваться в первичном океане из простых неорганических соединений. В результате накопления в океане органических веществ образовался так называемый "первичный бульон". Затем, объединяясь, белки и другие органические молекулы образовали капли коацерватов, которые служили прообразом клеток. Капли коацерватов подвергались естественному отбору и эволюционировали. Первые организмы были гетеротрофными. По мере исчерпания запасов "первичного бульона" возникли автотрофы. Следует отметить, что с точки зрения теории вероятности, вероятность синтеза сверхсложных биомолекул при условии случайных соединений их составных частей крайне низка. В.И. Вернадский о происхождении и сущности жизни и биосферы. В.И. Вернадский изложил свои взгляды о происхождении жизни в следующих тезисах: 1.Начала жизни в том космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было начала этого космоса. Жизнь вечна, поскольку вечен космос, и всегда передавалась путем биогенеза. 2.Жизнь, извечно присущая Вселенной, явилась новой на Земле, ее зародыши приносились извне постоянно, но укрепились на Земле лишь при благоприятных для этого возможностях. 3.Жизнь на Земле была всегда. Время существования планеты - это лишь время существования на ней жизни. Жизнь геологически (планетарно) вечна. Возраст планеты неопределим. 4.Жизнь никогда не была чем-то случайным, ютящимся в каких-то отдельных оазисах. Она была распространена всюду и всегда живое вещество существовало в образе биосферы. 5.Древнейшие формы жизни - дробянки - способны выполнять все функции в биосфере. Значит, возможна биосфера, состоящая из одних прокариот. Вероятно, что такова она и была в прошлом. 6.Живое вещество не могло произойти от косного. Между этими двумя состояниями материи нет никаких промежуточных ступеней. Напротив, в результате воздействия жизни происходила эволюция земной коры. Таким образом, необходимо признать тот факт, что к настоящему времени ни одна из существующих гипотез о происхождении жизни прямыми доказательствами не располагает, и у современной науки нет однозначного ответа на этот вопрос.