развитие представлений о сущности жизни определение жизни с позиций системного подхода

Био. БиоЭкзЛ. 1. Развитие представлений о сущности жизни. Определение жизни с позиций системного подхода

1. Развитие представлений о сущности жизни. Определение жизни с позиций системного подхода.
Накопленные знания в области биологии и химии во второй половине ХIХ века позволили сделать вывод, что основным субстратом жизни является белок. Ф. Энгельс определил жизнь как «способ существования белковых тел, существенным моментом которого является обмен с окружающей средой. У неорганических тел также может происходить обмен веществ, но разница заключается в том, что обмен неорганических тел разрушает их, а обмен органических тел является необходимым условием их существования». В связи с открытием в 1869 году Мишером нуклеиновых кислот, был пересмотрен и субстрат жизни. Стало ясно, что под субстратом следует понимать комплекс биополимеров – белков и нуклеиновых кислот.

Все процессы характеризующие жизнь связаны с комплексными свойствами этих соединений. Главной особенностью субстрата жизни является его упорядоченность на молекулярном уровне. Эта упорядоченность приводит, в сою очередь, к формированию надмолекулярных структур. Описанная упорядоченность комплекса белка и нуклеиновых кислот в пространстве влечет за собой упорядоченность во времени, что, в конечном итоге, обеспечивает строгую последовательность жизненно важных процессов.
Наиболее точным и современным представляется определение жизни, данное академиком М.В. Волькенштейном: «Живые тела существующие на Земле это есть открытые, саморегулирующиеся, самообновляющиеся, самовоспроизводящиеся системы, состоящие из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот»

Современная трактовка. С позиции системного подхода жизнь характеризуется как макромолекулярная открытая система, которой свойственны:

· способность к самовоспроизведению

· тонко регулируемый поток энергии

////
2. Особенности многоклеточной организации биосистем. Иерархические уровни жизни (микросистемы, мезосистемы, макросистемы). Проявления главных свойств жизни на различных уровнях ее организации.
Уровни организации живой материи — иерархически соподчиненные уровни организации биосистем, отражающие уровни их усложнения.
Чаще всего выделяют шесть основных структурных уровней жизни: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный.
Можно выделить три основные ступени живого: микросистемы, мезосистемы и макросистемы. Микросистемы включают в себя молекулярный (молекулярно-генетический) и субклеточный уровни. Мезосистемы включают в себя клеточный, тканевый, органный, системный, организменный или онтогенетический, уровни. Макросистемы (надорганизменная ступень) включают в себя популяционно-видовой, биоценотический и глобальный уровни.

Молекулярный уровень представлен разнообразными молекулами.Основными процессами на данном уровне являются объединение молекул в особые комплексы, осуществление, кодирование и передача генетической информации.

O, C, H, N, P, S — составляют основную массу органических веществ клетки — белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот.

На долю всех макроэлементов приходится примерно 99,9 % массы тела человека.

Металлы жизни включают в себя : калий, магний, железо, цинк, медь, кальций, марганец, натрий, кобальт, молибден. Вода и минеральные соли принимают участие в различных биохимических процессах и имеют важное значение как для функционирования отдельной клетки, так и организма в целом.

Различные виды рибонуклеиновых кислот (и-РНК, т-РНК, р-РНК) обеспечивают перемещение информации в клетке, транспорт аминокислот, функционирование рибосом. Для многих вирусов РНК является носителем генетической информации.

8.Клетка как открытая биологическая система. Строение и функции биологических мембран.

Цитоплазма – это внутренняя полужидкая среда клетки. Состоит из гиалоплазмы, включений и органоидов. В цитоплазме выделяют экзоплазму (кортикальный слой, лежит непосредственно под мембраной, не содержит органоидов) и эндоплазму (внутренняя часть цитоплазмы). Гиалоплазма (цитозоль,матрикс) – это основное вещество цитоплазмы, коллоидный раствор крупных органических молекул. Обеспечивает взаимосвязь всех компонентов клетки. В ней происходят основные процессы обмена веществ, например, гликолиз. Совершает круговое движение (за счет цитоскелета).
Органоиды бывают мембранные и немембранные. Мембранные органоиды бывают одномембранные (ЭПС, АГ, лизосомы, вакуоли) и двухмембранные (пластиды, митохондрии).К немембранным органоидам относятся рибосомы и клеточный центр.
Органоиды бывают мембранные и немембранные.

Мембранные органоиды бывают одномембранные (ЭПС, АГ, лизосомы, вакуоли) и двухмембранные (пластиды, митохондрии).

Имеет пористую двухмембранную структуру.

1. Разграничивает ядро от остальных органоидов и цитоплаз мы.

2. Обеспечивает взаимодействие ядра с цитоплазмой.

Плотные продолговатые или нитевидные образования, которые можно рассмотреть только при делении клетки. Содержат ДНК – носитель наследственной информации, которая передается от поколения к поколению.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС)— одномембранный органоид. Представляет собой систему мембран, формирующих «цистерны» и каналы, соединенных друг с другом и ограничивающих единое внутреннее пространство — полости ЭПС. два вида ЭПС:

1) шероховатая (гранулярная), содержащая на своей поверхности рибосомы, и

2) гладкая (агранулярная), мембраны которой рибосом не несут.

2) разделение цитоплазмы клетки на компартменты ( «отсеки»),

3) синтез углеводов и липидов (гладкая ЭПС),

4) синтез белка (шероховатая ЭПС),

5) место образования аппарата Гольджи.

Аппарат Гольджи, или комплекс Гольджи, — одномембранный органоид. Представляет собой стопки уплощенных «цистерн» с расширенными краями.

Функции аппарата Гольджи:

1) накопление белков, липидов, углеводов,

2) модификация поступивших органических веществ,

3) «упаковка» в мембранные пузырьки белков, липидов, углеводов,

4) секреция белков, липидов, углеводов,

5) синтез углеводов и липидов,

6) место образования лизосом. Секреторная функция является важнейшей, поэтому аппарат Гольджи хорошо развит в секреторных клетках.

Лизосомы — одномембранные органоиды. Представляют собой мелкие пузырьки (диаметр от 0,2 до 0,8 мкм), содержащие набор гидролитических ферментов.

1) внутриклеточное переваривание органических веществ,

2) уничтожение ненужных клеточных и неклеточных структур,

3) участие в процессах реорганизации клеток.

Вакуоли — одномембранные органоиды, представляют собой «емкости», заполненные водными растворами органических и неорганических веществ. В образовании вакуолей принимают участие ЭПС и аппарат Гольджи.

1) накопление и хранение воды,

2) регуляция водно-солевого обмена,

3) поддержание тургорного давления,

4) накопление водорастворимых метаболитов, запасных питательных веществ,

5) окрашивание цветов и плодов и привлечение тем самым опылителей и распространителей семян,

2) кислородное расщепление органических веществ.

Рибосомы состоят из двух субъединиц — большой и малой.Химический состав рибосом — белки и рРНК.

Функция рибосом: сборка полипептидной цепочки (синтез белка).

Цитоскелет образован микротрубочками и микрофиламентами.

Микротрубочки — цилиндрические неразветвленные структуры. Основной химический компонент — белок тубулин.

6. В цитоплазме многих прокариотических клеток имеются газовые вакуоли.

7. В прокариотических клетках отсутствует клеточный центр.

8. Прокариоты размножаются простым делением клетки, у эукариот имеет место половой процесс с образованием гамет

9. У прокариотических клеток отсутствует амебоидное движение и внутриклеточные перемещения цитоплазмы.

Источник

3. Развитие представлений о сущности жизни. Определение жизни с позиций системного подхода. Свойства Живого.

По мере накопления конкретных знаний наряду с представлением о разнообразии организмов возникла идея о единстве всего живого. Особенно велико значение этой идеи для медицины, так как это указывает на универсальность биологических закономерностей для всего органического мира, включая человека. В известном смысле история современной биологии как науки о жизни представляет собой цепь крупных открытий и обобщений, подтверждающих справедливость этой идеи и раскрывающих ее содержание.

Открытия в биологии конца ХХ века сравнимы с открытиями космоса.

1838 – Т.Шванн, М.Шлейден – клеточная теория.

1953 – Д.Уотсон, Ф.Крик – двойная спираль ДНК.

1965 – Ниренберг – генетический код.

1957 – Д.Кендрью, М.Перути – пространственная структура белка – миоглобина.

1958 – Ф.Санжер – последовательность аминокислот инсулина.

1961 – Ф.Жакоб, Ж.Моно – схема регуляции экспрессии генов у прокариот.

1970 – Х.Темин, Д.Балтимор – обратная транскрипция.

1980 – А.Каледин – способ выделения термостабильной ДНК-полимеразы из бактерий.

1983 – Кэрри Мюллис – полимеризация цепной реакции (ПЦР).

1998 – секвенирование генома многоклеточной нематоды.

Достижения в биологии за последние 10-15 лет:

клонированы гены более 60 болезней

открыты болезни экспансии (распространения числа трехнуклеотидных повторов и подтвержден феномен антиципации (синдром умственной отсталости с ломкой Х хромосомы, хорея Гентингтона и др.))

осуществлены первые попытки генотерапии человека

разработаны модели трансгенеза на мышах

отрыты митохондриальные болезни

осуществление программы «геном человека»

применение анализа ДНК в криминалистике: установление личности, отцовства

выделены гены – супрессоры опухолей

открыты микроделеционные синдромы

разработаны новые методы пренатального скрининга и диагностики

осуществление поиска новых генов сложно наследуемых болезней человека

количество установленных генетических маркеров составляет десятки тысяч.

Жизнь по своей природе материальна, но не любая материя является живой.

Жизнь – особая форма материи. Живым организмам присущи специфические функции, свойства и закономерности. Они находили и находят отображение в формулировках жизни(300 формулировок). Ни одна из них не удовлетворяет принципам формулировок.

Свойства живой материи

-репродукция (самовоспроизведение, размножение)

-постоянная связь с внешней средой

Жизнь есть свойство материи, приводящее к сопряженной циркуляции биоэлементов в водной среде, движимая, в конечном счете, энергией солнечного излучения по пути увеличения сложности.

Любое утверждение можно проверить. Экологическая, эволюционная формулировка основана на сумме всевозможных действий, производимых продуцентами, консументами и редуцентами. Все живые организмы зависят от окружающей среды. Через каждый организм идут потоки веществ и энергии. С помощью обмена веществ происходит поддержание упорядоченности и сохранение постоянства состава и воспроизведения любой структуры. В течение жизни происходит физиологическая регенерация (самовозобновляемость клеток). Обмен веществ с точки зрения химии – совокупность большого количества сравнительно простых химических реакций: окисление, восстановление, ацетилирование и др. каждая реакция обмена может быть воспроизведена в лаборатории. В живых системах многие индивидуальные реакции, составляющие обмен веществ, строго согласованы во времени и месте. Они направлены на сохранение и воспроизведение всей живой системы в целом. Обмен веществ направлен на поддержание существования организма в определенных условиях внешней среды.

Источник

Развитие представлений о сущности жизни

Т. Э._Лекция №9_Представление о жизни

РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О СУЩНОСТИ ЖИЗНИ

Первая концепция, которая попыталась определить сущность жизни и черты живого, возникла в глубокой древности. Её основоположник – Аристов до н. э.).

I. ВИТАЛИСТИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ

Витализм (от лат. vitalis – жизненный, живой, животворящий) – идеалистическое учение о сущности жизни, объясняющее специфику живых организмов присутствием в них особой нематериальной непознаваемой жизненной силы. Он абсолютизирует качественное своеобразие живого.

Берет свое начало от первобытного анимизма – представления об одушевленности всех тел природы (обычай – пускать кошку в новый дом – деревья имеют душу, а если их срубили, то они свой гнев могут послать на человека, а кошка принимает все на себя).

4 – к живым телам не применимы законы сохранения и превращения энергии (это было впоследствии опровергнуто, благодаря достижениям науки).

В 17-18 веках витализм получил широкое распространение благодаря врачу Г. Шталю (1660-1734), который утверждал, что душа препятствует распадению организма на легко разлагаемые вещества из которых он состоит; когда душа покидает тело, находящиеся в нем вещества начинают разлагаться. Душа управляет всеми жизненными процессами, пока она в организме – он живет.

На основе витализма появляются другие учения:

— в 17 веке появилось дуалистическое учение – между телами неживой природы и живыми существами существует резкая грань;

— учение об «археях», которые управляют и регулируют деятельность тела (археи – духовные начала).

Сторонники этих учений для объяснения особенности живого привлекают нематериальные факторы; истолковывают природу человеческого сознания также идеалистически.

II. МЕТАФИЗИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ

Получает широкое распространение с 1819 г. – объясняет сущность жизни с материалистических позиций (противостоит витализму) – живые тела отличаются от неживых только степенью сложности, а качественных отличий нет.

1 – все процессы жизнедеятельности – это только химические и физические процессы, но достаточно сложные;

2 – не признается специфика, особенности живого;

3 – накоплены факты, опровергающие основные положения витализма:

Ф. Велер (1829 г.) в лаборатории получил мочевину, нагревая аммонийную соль циановой кислоты) → из неорганических веществ вне живого организма можно получить органические вещества; раскрыл сущность фотосинтеза → закон сохранения и превращения энергии характерен и для живой природы.

III. ДИАЛЕКТИКО-МАТЕРИАЛИСТИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ

Диалектико-материалистическое толкование жизни впервые сделано Ф. Энгельсом в работе «Анти-Дюринг» и «Диалектика природы».

Классическое определение жизни по Энгельсу – жизнь – есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей из внешней природой, причем с прекращением этого обмена прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка. При этом Энгельс имел в виду не собственно белки, а структуры, содержащие белки.

1 – жизнь материальна по своей природе и не нуждается для объяснения в нематериальных началах;

2 – это особая форма движения материи, закономерно возникающая и разрушающаяся;

3 – обмен веществ – это основной процесс, характеризующий жизнь, из него вытекают все основные, характерные черты живого:

Однако обмен веществ происходит и в неживой природе: химические превращения (горение свечи → образование углекислого газа и воды), он происходит повсюду, но он качественно отличается от обмена веществ в живой природе: неживые тела при превращениях, обмене веществ перестают быть тем, чем были, а живые существа – существуют до тех пор, пока происходит обмен веществ → если он прекратиться – прекратиться жизнь.

IV. СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О СУЩНОСТИ ЖИЗНИ

До сих пор нет определения «жизнь», «живое», которое признавалось бы всеми и всех удовлетворяло.

Можно выделить две основные концепции, к которым сводятся многочисленные определения:

1) жизнь определяется субстратом, носителем её свойств (например, белком), однако сам по себе субстрат вне организма никаких признаков жизни не проявляет; он может быть синтезирован химическим путем;

2) жизнь определяется как совокупность специфических физико-химических процессов, но только обмен веществ не может служить единственным критерием жизни.

Если придерживаться только какой-то из этих концепций, то сущность живого не будет полностью раскрыта. Современное определение не сводит жизнь только к физико-химическим закономерностям.

Жизнь – это форма движения материи более высокого уровня. В самом общем смысле жизнь можно определить как активное поддержание и самовоспроизведение специфической структуры, идущее с затратой энергии, полученной извне.

Таким образом, живым организмам необходима постоянная связь с окружающей средой. Эта связь осуществляется путем обмена веществ и энергии.

⌦ Обмен веществ – совокупность процессов ассимиляции и диссимиляции, которые сопровождаются перераспределением энергии – является условием для поддержания и воспроизведения необходимой для жизни структуры.

Способы получения энергии живыми организмами извне:

В ходе метаболических процессов значительная часть энергии теряется в виде тепла, а усваивается лишь около 10%.

⌦ Специфичность структуры – для каждого вида, существа структура специфична, она обуславливается и поддерживается определенной информацией, которая содержится в генетических программах. Эти программы способны размножаться матричным путем. Матричный синтез определяет сущность жизни как процесса самовоспроизведения.

Генетическая информация варьирует вследствие наследственной изменчивости → это создает предпосылки для действия естественного отбора и как следствие, для эволюции.

⇗ Таким образом, следствием матричного синтеза и обмена веществ, обеспечивающим этот синтез, является биологическая эволюция. Она не свойственна неживой природе → жизнь – это форма движения материи более высокого уровня.

ОСНОВНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ

Все многообразие живых организмов изучается в соответствии с определенными уровнями (уровни изучения жизни):

молекулярный, субклеточный, клеточный, тканевый, организменный, онтогенетический, популяционный, видовой, биогеоценотический, биосферный.

Уровень организации жизни, а не её изучения, определяется следующими критериями:

2 – элементарным явлением – что происходит, как изменяется эта единица.

Выделяют основные уровни организации жизни:

молекулярно-генетический; онтогенетический; популяционно-видовой; биогеоценотический.

На каждом уровне проявления жизни приобретают новые свойства и особенности, отличные от свойств на предыдущих уровнях. Однако, специфические для каждого уровня процессы, глубоко связаны между собой и являются взаимоопределяющими. Это и обеспечивает целостную и многогранную картину жизни. На всех уровнях организации жизнь охвачена эволюционным процессом.

1. Молекулярно-генетический уровень:

элементарная единица – ген; элементарное явление –

— передача и реализация информации управляющим системам – белкам (синтез 1-го белка из тысяч аминокислот происходит за 5-6 минут);

точное знание этого уровня является необходимой предпосылкой для ясного понимания жизненных явлений, происходящих на остальных уровнях; основная структура – ДНК, в настоящее время успешно расшифрован ее код, конвариантная редупликация, основанная на матричном синтезе, сохраняет не только генетическую норму, но и отклонения от неё – мутации – основу процесса эволюции; матричный синтез; целостность за счет репарирующих систем и контроля процессов взаимодействия генов.

2. Онтогенетический уровень:

элементарная единица – особь, индивид; элементарное явление – онтогенез; это следующая, более комплексная ступень организации живого; особь выступает как единое целое (жизнь представлена в виде дискретных индивидуумов), если разделить особь на части, то теряется её индивидуальность; не всегда легко можно определить границы индивидуума, особи → понятию «особь» придают операционное значение и указывают к какой среде она относится (у обелии – половые особи – гонангии, питающие – гидранты); затруднен анализ колониальных организмов: коралловых полипов, обелия, сифонофоры. Каждая составляющая существует в виде отдельного организма, но зависящего от других частей. Но между компонентами существует разделение функций; с т. з. генетики – это одно и то же существо, т. к. у них один генотип; с т. з. эволюции особь – это морфофизиологическая единица, происходящая от одной зиготы, гаметы, споры, почки, которая индивидуально подлежит действию элементарных эволюционных факторов; понятие «особь» в полной мере применительно лишь к неколониальным организмам, для колониальных, симбиотических и вегетативно размножающихся форм – понятие «особь» относительно; на этом уровне единицей является особь с момента её возникновения до смерти; этот период – онтогенез – индивидуальное развитие особи; онтогенез характеризуется:

1 – реализацией наследственной информации в определенных условиях среды;

2 – проверкой жизнеспособности данного генотипа в процессе естественного отбора;

3 – отличием родственных организмов (родителей и потомков, потомков между собой) в силу отличия генотипов;

4 – дифференцировкой, которая лежит в основе возникновения всех эволюционных новообразований;

целостность организма поддерживается коррелятивной зависимостью признаков.

— в широком смысле слова – любая биологически целостная система, состоящая из взаимозависящих и соподчиненных элементов, которые функционируют как единое целое – это и колония, и семья, популяция (общественные насекомые);

— в узком смысле слова – это особь, индивид, живое существо.

3. Популяционно-видовой уровень:

элементарная единица – популяция; элементарное явление – изменение генетического состава популяции; целостность имеет принципиально иной характер, т. к. особую роль приобретают отношения между особями одного вида; вид состоит из популяций, популяции из особей; популяция как дискретная единица способна к:

1 – длительному существованию;

2 – самостоятельному эволюционному развитию;

в популяции осуществляется взаимодействие особей, которое поддерживается обменом генетической информацией в процессе полового размножения; отдельная особь зависит от процессов, протекающих в популяциях; изменение генетического состава популяции определяется действием факторов эволюции, степенью их «давления».

4. Биогеоценотический уровень (биогеоценоз – это устойчивая саморегулирующаяся система, в которой органические компоненты неразрывно связаны с органическими):

элементарная единица – биогеоценоз; элементарное явление – элементарное эволюционное преобразование в популяциях; основные его свойства – автономность и саморегуляция; это незамкнутая система – имеет энергетические «входы» и «выходы», которые связывают между собой соседние биогеоценозы; обмен веществ между ними осуществляется:

— в газообразной фазе,

— в форме живого вещества (миграция организмов);

биогеоценоз – это арена, среда для эволюции популяций, видов, входящих в него; популяции разных видов воздействуют друг на друга по принципу прямой и обратной связи; биогеоценоз – это продукт совместного исторического развития видов (эволюции), приспособленных к совместному сосуществованию в определенных условиях; целостность определяется отношениями между особями разных видов и физическими условиями среды – абиотическими факторами.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВОГО

обмен веществ, размножение, наследственность, рост, развитие, изменчивость, приспособляемость, раздражимость.

Каждое из этих свойств в отдельности не позволяет провести границу между живым и неживым. Только весь набор представляет возможность с большей вероятностью дать более или менее полную характеристику жизни.

Выделим те черты, которые имеют организационную, информационную и эволюционную трактовку.

1. Дискретность (дискретный – разделенный, состоящий из отдельных частей) – относительная обособленность живых объектов друг от друга.

любая особь многоклеточного организма состоит из дикретных частиц – клеток; любая клетка включает определенные органеллы; органеллы состоят из дискретных, обычно высокомолекулярных органических веществ; органические вещества состоят из дискретных атомов; атомы состоят из элементарных частиц; все дискретные части и единицы системы взаимодействуют друг с другом.

2. Целостность биологических систем.

отдельные компоненты связаны в единую систему; целостность поддерживается в процессе развития; этим качественно отличается от целостности неживого; для живых систем характерно увеличение упорядоченности, целостности; в живом проявляется способность к самоорганизации материи.

3. Конвариантная редупликация (самовоспроизведение с изменениями).

означает возможность передачи по наследству отклонений от исходного состояния; потому, хотя и похожи на своих родителей, никогда не бывают идентичными с ними; она определяет уникальность проявления дискретности и целостности живого → среди живых систем нет двух совершенно одинаковых; это приводит к разнокачественности особей и разной степени приспособленности к условиям обитания, т. е. определяет возможность биологической эволюции; она осуществляется на основе матричного принципа, при воспроизведении изменения неизбежны из-за:

1 –мутационной изменчивости,

2 – структурных изменений за счет движения атомов и молекул (любая достаточно сложная молекулярная структура обладает ограниченной степенью сложной);

если эти изменения не приводят к летальному исходу, то они будет передаваться по наследству в результате самовоспроизведения по матричному принципу; это единственное специфичное свойство для земных форм жизни.

4. Приспособляемость (адаптированность) к среде обитания.

все живые организмы и отдельные органы соответствуют своему образу жизни; по особенностям строения можно в общих чертах представить в какой среде живет организм; есть целый ряд адаптаций, которые обеспечивают выживание в разнообразных и непостоянных условиях среды; адаптации бывают разного характера: морфологические, физиологические, поведенческие.

Источник