31. Особенности биологического уровня организации материи. Клетка и ее функции:

В современной теоретической биологии выделяют пять основных уровней организации органической материи:

1. Молекулярно-генетический уровень. На этом уровне происходит репродукция в неизменном или измененном виде молекулярных структур, ответственных за жизненные процессы, в которых закодирована генетическая информация, – в первую очередь нуклеиновых кислот и белков. Этим обеспечивается передача наследственной информации от поколения к поколению, почему указанный уровень должен считаться элементарной основой эволюции.

На этом уровне происходит синтез биополимеров, высокомолекулярных природных соединений, являющихся структурной основой всех живых организмов и играющих определяющую роль в процессах жизнедеятельности. К биополимерам клетки относятся белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды. Знания о процессах в клетке или организме существенно выросли после открытия нуклеиновых кислот, в частности дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК), соединений, содержа­щих фосфорную кислоту, например, аденозинтрифосфат (АТФ), гор­монов, ферментов, вирусов, биосинтеза белка и т. д. Было показано, что живое вещество обладает способностью к са­морегуляции, поддерживающей жизнедеятельность и препятствующей неуправляемому распаду структур и веществ и рассеянию энергии, тогда как мертвое органическое вещество подвержено самопроизволь­ному распаду. В то же время организму присущи свойства, отличные от свойств составляющих его частей.

2. Клеточный уровень. На этом уровне происходит пространственное разграничение и упорядочение процессов жизнедеятельности благодаря разделению функций между специфическими структурами.

3. Онтогенетический (организменный) уровень. Организм – это целостная система, способная к самостоятельному существованию. На этом уровне осуществляется декодирование и реализация генетической информации, завершающиеся становлением дефинитивной организации; при этом возникают фенотипические признаки, служащие материалом для естественного отбора. На этом уровне создаются особенности как структурные, изучаемые макро- и микроморфологией, так и функциональные, изучение которых составляет предмет физиологии, биофизики и биохимии.

4. Следующий уровень организации жизни на Земле – популяционно-видовой, когда относящиеся к одному виду особи сходны по структуре, имеют одинаковый кариотип (греч. karyon «орех, ядро оре­ха''; здесь – ядро клетки) и единое происхождение, способны к скрещиванию и дают плодовитое потомство. На этом уровне изменения, возникающие на первых трех уровнях, приводят к настоящим эволюционным преобразованиям (микроэволюция) за счет выработки новой адаптивной нормы и связанного с ней процесса видообразования. Растения и животные существуют в тесной зависимости от окру­жающей неживой природы и от других организмов, испытывают на себе их воздействие и приспосабливаются к ним. В процессе истори­ческого развития на Земле под влиянием кон­кретных природных факторов сложились различные группы организ­мов – сообщества, взаимодействующие со своей средой обитания. Крупнейшие наземные сообщества, тесно связанные с определенны­ми природными зонами и поясами, называются биомами.

5. Биогеоценотический (биосферный) уровень. На этом уровне протекают вещественно-энергетические круговороты, вызванные жизнедеятельностью организмов и образующие в сумме большой биосферный круговорот.По­нятие «биогеоценоз» ввел в 1940 академик Владимир Николаевич Сукачев (1880–1967). Под ним понимается участок зем­ной поверхности с определенными природно-климатическими усло­виями (среда обитания, или геоценоз) и связанное с ним сообще­ство микроорганизмов, животных и растений (биоценоз),образую­щие неразделимый взаимообусловленный (с динамичными обратны­ми связями) комплекс. Самый высокий уровень организации жизни на Земле – биосфе­ра (термин введен в 1875 г. австрийским геологом Эдуардом Зюссом). Эта область активной жизни охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Вернадский создал учение о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов, включая человека, является геохи­мическим фактором планетарного масштаба и значения. Он выделял в биосфере живое, косное (солнечная энергия, почва и т.д.) и био­косное (органическое) вещества. Выделяют пять основных функций биосферы:энергетическая, газовая, концентрационная, деструктивная, средообразующая. Одним из факторов устойчивости биосферы и существования её как единой целостной системы является биотический обмен веществ. На жизнь влияют иабиотические факторы среды – компоненты и явления неживой, неорганической природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы: свет, влажность, естественный радиационный фон и др. Широким кругом вопросов, посвященных изучению взаимоотно­шений совместно живущих организмов и их зависимости от внешней среды, занимается особая отрасль биологии – экология. Этот термин предложил в 1866г. немецкий биолог-эволюционист Эрнст Геккель (1834–1919), сторонник и пропагандист учения Дарвина. Экологическое сознание сегодня является системным, т.е. его формирование происходит под влиянием идей ненасилия в мировых религиях, биоцентризма (вместо антропоцентризма) в праве, этического потребления в экономике. Однако самым сильным катализатором экологического сознания становитсяглобальное потепление, которое может привести подъёму среднего уровня Мирового океана. Таяние ледников оставит без воды жителей в низинах, затопит крупные участки суши, приведёт к опреснению мирового океана и гибели многих видов животных. Повышение температуры на планете приведёт к обострению эпидемологической обстановки.

Впервые клетку обнаружил и описал Р. Гук (1665). В XIX в. возникла клеточная теория строения организмов, сформулированная в трудах Т. Шванна, М. Шлейдена и Р. Вирхова. Современную клеточную теорию можно выразить в следующих положениях, помня, что клетка является элементарной живой системой, существующей либо автономно (одноклеточные организмы), либо в составе многоклеточного организма и способной к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению (кроме особо специализированных клеток, например, эритроцитов):

1. Все организмы (кроме вирусов) состоят из клеток; клетка является элементарной структурной, генетической и функциональной единицей живого.

2. Развитие всех организмов начинается с одной живой клетки, поэтому она является элементарной единицей развития всех организмов (кроме вирусов).

3. В многоклеточных организмах клетки специализируются на выполнении определенных функций, при этом их строение изменяется и становится приспособленным к выполнению таких функций. Одинаковые по строению, происхождению и выполнению функций клетки объединяются в ткани, а последние — в органы (а далее, в системы органов), которые к конечном итоге образуют единую систему — сложный многоклеточный организм, регулируемый как гуморально (с помощью особых химических соединений) или нервно (с помощью нервных импульсов); таким образом, клетка является функциональной единицей многоклеточного организма.

Большинство организмов, живущих на Земле, относятся к клеточным формам, среди которых наибольшее значение и распространение имеют эукариоты.

Краткая характеристика строения клетки и функций

Наиболее сложно устроены клетки эукариотов, да и роль этих организмов (из-за большей распространенности) более велика, чем прокариотов, поэтому ниже рассмотрено строение клеток ядерных организмов. В практической деятельности человек наиболее часто встречается с растениями и животными, поэтому рассмотрим строение клеток растения и животного. Они имеют много общих черт, но имеют и различия, что будет понятно из последующего изложения. Типичная клетка эукариота состоит из трех составных частей — оболочки, цитоплазмы и ядра, которые, в свою очередь, могут быть образованы разными органоидами.