Определение жизни. Основные свойства живых организмов
Вопросы о происхождении жизни, закономерностях исторического развития в различные геологические эпохи всегда интересовали человечество. Понятие жизнь охватывает совокупность всех живых организмов на Земле и условия их существования.
Сущность жизни заключается в том, что живые организмы оставляют после себя потомство. Наследственная информация передается из поколения в поколение, организмы саморегулируются и восстанавливаются при воспроизводстве потомства. Жизнь — это особая качественная, наивысшая форма материи, способная, оставляя потомство, к самовоспроизведению.
Понятию жизнь в разных исторических периодах давались различные определения. Первое научно правильное определение дал Ф. Энгельс: «Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел». При прекращении процесса обмена веществ между живыми организмами и окружающей средой белки распадаются, и жизнь исчезает. Опираясь на современные достижения биологической науки, русский ученый М. В. Волькенштейн дал новое определение понятию жизнь: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот». Это определение не отрицает наличие жизни и на других планетах космического пространства. Жизнь называется открытой системой, на что указывает непрерывный процесс обмена веществ и энергии с окружающей средой.
На основании последних научных достижений современной биологической науки дано следующее определение жизни: «Жизнь — это открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы совокупностей живых организмов, построенные из сложных биологических полимеров — белков и нуклеиновых кислот».
Основой всего живого считаются нуклеиновые кислоты и белки, так как они функционируют в клетке, образовывают сложные соединения, которые входят в структуру всех живых организмов.
Основные свойства живых организмов
Живые организмы отличаются от неживой природы присущими им свойствами. К характерным свойствам живых организмов относятся: единство химического состава, обмен веществ и энергии, сходство уровней организации. Для живых организмов характерны также размножение, наследственность, изменчивость, рост и развитие, раздражимость, дискретность, саморегуляция, ритмичность и др.
Единство химического состава живых организмов. В состав живых организмов входят более 70 химических элементов, встречающихся в природе. Однако соотношение различных химических элементов в живой и неживой природе неодинаково. Например, состав неживой природы наряду с кислородом представлен также кремнием, железом, магнием, алюминием и т. д. В живых организмах 98% их химического состава приходится на четыре элемента—углерод, кислород, азот, водород. Эти элементы участвуют в образовании сложных органических молекул живых организмов. В неживой природе эти элементы встречаются в другом качестве. В основном органические соединения, встречающиеся в неживой природе, — продукты жизнедеятельности живых организмов.
Органические молекулы, входящие в состав живых организмов, имеют свои характерные особенности и выполняют определенную функцию.
К первой, основной группе органических соединений в живых организмах относятся нуклеиновые кислоты — ДНК, РНК. Эти соединения передаются по наследству с помощью явлений наследственности и изменчивости и позволяют сохранять непрерывность жизни живых организмов.
Ко второй группе органических соединений в составе живых организмов относятся белки. Белки входят в состав некоторых органоидов клетки, а также выполняют функцию биологического катализатора.
К третьей группе органических соединений относятся углеводы и жиры. Они обеспечивают организм необходимой энергией и участвуют в образовании структуры биологической мембраны и клеточной оболочки.
Обмен веществ и энергии живых организмов (метаболизм). Метаболизм в переводе с греческогоmetabole означает «перемена, обмен». Между окружающей средой и живыми организмами постоянно происходит обмен веществ и энергии. В процессе обмена веществ живые организмы, поглощая необходимые питательные вещества, выделяют продукты распада процессов жизнедеятельности. В неживой природе также существует обмен веществ. При этом они просто переносятся с одного места на другое или переходят из одного состояния в другое. Например, смыв почвы, превращение воды в пар или лед и т. д.
Обменный процесс у живых организмов качественно отличается от процессов обмена веществ в неживой природе. Живые организмы поглощают из окружающей среды различные вещества, превращая их в необходимые для жизнедеятельности вещества, и из них строят свое тело и сохраняют свою жизнь. Этот процесс называется анаболизмом (пластическим обменом, или ассимиляцией). В переводе с греческогоanabole означает «подъем».
Второй этап обмена веществ — катаболизм (энергический объем, или диссимиляция). С греческогоkatabole означает «разрушение, распад». В процессе катаболизма сложные органические соединения распадаются на простые, и выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности этого организма. Обмен веществ и энергии обеспечивает постоянство внутренней среды живого организма.
Единый уровень организации живых организмов. Структурное и функциональное единство всех живых организмов составляет клетка. Вспомните строение и функции органоидов клетки.
Размножение живых организмов. При размножении живые организмы оставляют потомство, т. с. воспроизводят себе подобных.
Через молекулы ДНК передаются характерные признаки данного организма следующему поколению. Из одной молекулы ДНК при ее удвоении образуются две молекулы, полностью повторяющие исходную. Размножение живых организмов тесно связано с явлением наследственности.
Наследственность живых организмов. С помощью наследственности живые организмы передают свои признаки, свойства и особенности из поколения в поколение. Признаки живых организмов определяются через особенности их строения различных уровней организации. Свойства организмов определяются благодаря функциям каждого структурного соединения. Наследственность осуществляется на основе передачи генетического кода, заложенного в специальных веществах (генетический аппарат). Генетический код связан с последовательностью расположения нуклеотидов аминокислот в молекуле ДНК.
Изменчивость живых организмов. Свойство изменчивости живых организмов тесно связано с наследственностью. При изменчивости меняются наследственные задатки — гены, основа наследственности. Если бы наследственность не менялась, то живые организмы не смогли бы приспосабливаться к меняющимся условиям окружающей среды. У организмов появляются новые признаки и свойства структуры генов. Изменчивость создает материал для естественного отбора, т. е. организм приспосабливается к конкретным условиям окружающей среды, что приводит к появлению новых видов.
Рост и развитие живых организмов. Одними из свойств, характерных для всех живых организмов, являются рост и развитие. В процессе роста организма происходит увеличение массы отдельных органов за счет роста числа клеток, и молодые особи постепенно становятся взрослыми. Под развитием понимают необратимое направленное, закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникают новые свойства, изменяются состав, структура живых организмов и поживой природы. Индивидуальное развитие живых организмов называется онтогенезом, а историческое их развитие — филогенезом. На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов.
Развитие живых организмов сопровождается ростом. Филогенетическое развитие живых организмов — это необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и усложнением жизни.
Раздражимость живых организмов. Любой живой организм тесно связан с окружающей средой и другими организмами. Живые организмы по-разному реагируют на раздражение окружающей среды. Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется посредством нервной системы и называется рефлексом. Таксисами, или тропизмами принято называть реакции но имеющих нервной системы организмов (одноклеточные простейшие животные и растения>; выражающиеся в изменении характер;! движения или роста. Например, движение растений в направлении к свету называют фототаксисом.
Дискретность живых организмов. Слово дискретность произошло от латинскогоdiscretum, что означает «прерывистый». Все живые организмы на Земле встречаются в виде обособленных дискретных форм. Обособленное строение любого организма отчетливо видно по его уровневой структурной картине. Например, клетки, образующие организм, состоят из отдельных органоидов, ткани многоклеточных организмов — из отдельных клеток, популяции — из отдельных особей. Дискретность живых организмов особенно заметно проявляется в зависимости от уровня их организации. Например, органы растений и животных отличаются друг от друга строением и функцией различных тканей. Свойство дискретности живых организмов отчетливо наблюдается в уровнях организации жизни.
Саморегуляция живых организмов. Живые организмы, обитающие в меняющихся условиях среды, поддерживают постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов. У животных поддерживается устойчивое равновесие внутренней среды организма (гомеостаз). Этот процесс регулируется нервной, эндокринной и другими системами.
Ритмичность живых организмов. Периодические изменения в окружающей среде оказывают значительное влияние на жизнедеятельность живых организмов и соответственно на их ритмичность. Такие ритмичные изменения происходят с различными периодами колебаний: секундные, минутные, часовые, суточные, сезонные, годовые и т. д. Например, суточные колебания сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы спячки, миграции у некоторых животных.
• Жизнь. Метаболизм. Анаболизм. Катаболизм. Онтогенез. Филогенез. Рефлекс. Таксис. Тропизм. Дискретность. Гомеостаз.
Составьте таблицу, показывающую основные свойства живых организмов и их особенности.
Свойства живых организмов
Выделение общих свойств живых организмов позволят однозначно отличать живое от неживого. Точного определения, что такое жизнь или живой организм, нет, поэтому живое идентифицируют по комплексу его свойств, или признаков.
В отличие от тел неживой природы, живые организмы отличаются сложностью строения и функциональности. Но если рассматривать каждое свойство отдельно, то некоторые из них в той или иной форме можно наблюдать в неживой природе. Например, расти могут и кристаллы. Поэтому так важна совокупность свойств живых организмов.
На первый взгляд наблюдаемое многообразие организмов создает трудности для выявления их общих свойств и признаков. Однако по мере исторического развития биологических наук становились очевидными многие общие закономерности жизни, наблюдаемые у совершенно разных групп организмов.
Кроме ниже перечисленных свойств живого, также часто выделяют единство химического состава (схожесть у всех организмов и отличие соотношений элементов между живым и неживым), дискретность (организмы состоят из клеток, виды из отдельных особей и т. п.), участие в процессе эволюции, взаимодействие организмов между собой, подвижность, ритмичность и др.
Однозначного перечня признаков живого нет, отчасти это вопрос философский. Нередко, выделяя одно свойство, второе становится его следствием. Есть признаки живого, состоящие из ряда других. Кроме того, свойства живого тесно взаимосвязаны между собой, и эта взаимозависимость в совокупности дает такое уникальное явление природы как жизнь.
Обмен веществ – основное свойство живого
Все живые организмы осуществляют обмен веществ с окружающей средой: определенные вещества поступают в организм из среды, другие — выделяются в среду из организма. Это характеризует организм как открытую систему (также поток через систему энергии и информации). Наличие избирательного обмена веществ свидетельствует о том, что организм жив.
Обмен веществ в самом организме включает два противоположных, но взаимосвязанных и сбалансированных процесса — ассимиляцию (анаболизм) и диссимиляцию (катаболизм). Каждый из них состоит из многочисленных химических реакций, объединенных и упорядоченных в циклы и цепи превращения одних веществ в другие.
В результате ассимиляции образуются и обновляются структуры организма за счет синтеза необходимых сложных органических веществ из более простых органических, а также неорганических веществ. В результате диссимиляции происходит расщепление органических веществ, при этом образуются необходимые организму для ассимиляции более простые вещества, а также в молекулах АТФ запасается энергия.
Обмен веществ требует притока веществ извне, а ряд продуктов диссимиляции не находят применения в организме и должны из него удаляться.
Для живых организмов свойственно выделение ряда веществ (у животных это в основном продукты расщепления белков — азотистые соединения), представляющих собой конечные продукты обмена веществ.
Пример ассимиляционного процесса — это синтез белка из аминокислот. Пример диссимиляции — окисление органического вещества при участии кислорода, в результате чего образуются углекислый газ (CO2) и вода, которые выводятся из организма (вода может использоваться).
Энергозависимость живого
Для осуществления процессов жизнедеятельности организмам необходим приток энергии. В гетеротрофные организмы она поступает вместе с пищей, то есть обмен веществ и поток энергии у них связаны. При расщеплении питательных веществ энергия высвобождается, запасается в других веществах, часть рассеивается в виде тепла.
Растения являются автотрофами и получают первоначальную энергию от Солнца (они улавливают его излучение). Эта энергия идет на синтез первичных органических веществ (в коих она и запасается) из неорганических. Это не значит, что в растениях не протекают химические реакции распада (диссимиляции) органических веществ для получения энергии. Однако растения не получают извне органику посредством питания. Она у них полностью «своя».
Энергия идет на поддержку упорядоченности, структурированности живых организмов, что важно для протекания многочисленных химических реакций в них. Противостояние энтропии — важное свойство живого.
Дыхание — это характерный для живых организмов процесс, в результате которого происходит расщепление высокоэнергетических соединений. Высвобождаемая при этом энергия запасается в АТФ.
В неживой природе (когда процессы пущены на самотек) структурированность систем рано или поздно утрачивается. При этом устанавливается то или иное равновесие (например, горячее тело отдает тепло другим, температура тел выравнивается). Чем меньше упорядоченность, тем больше энтропия. Если система закрыта и в ней протекают процессы, которые не уравновешивают друг друга, то энтропия увеличивается (второй закон термодинамики). Живые организмы обладают свойством уменьшать энтропию путем поддержания внутренней структуры за счет притока энергии из вне.
Наследственность и изменчивость как свойство живого
В основе самообновления структур живых организмов, а также размножения (самовоспроизведения) организмов лежит наследственность, которая связана с особенностями молекул ДНК. При этом в ДНК могут появляться изменения, которые приводят к изменчивости организмов и обеспечивают возможность процесса эволюции. Таким образом, живые организмы обладают генетической (биологической) информацией, что также можно обозначить как основной и исключительный признак живого.
Несмотря на способность к самообновлению, она у организмов не вечна. Продолжительность жизни особи ограничена. Однако живое остается бессмертным благодаря процессу размножения, которое может быть как половым, так и бесполым. При этом происходит наследование признаков родителей путем передачи ими потомкам своей ДНК.
Биологическая информация записана с помощью особого генетического кода, который универсален для всех организмов на Земле, что может говорить о единстве происхождения живого.
Генетический код хранится и реализуется в биологических полимерах: ДНК, РНК, белках. Такие сложные молекулы также являются особенностью живого.
Информация, хранимая в ДНК, при переносе на белки выражается для живых организмов в таких их свойствах как генотип и фенотип. Все организмы обладают ими.
Рост и развитие — свойства живых организмов
Рост и развитие — это свойства живых организмов, реализуемые в процессе их онтогенеза (индивидуального развития). Рост — это увеличение размеров и массы тела с сохранением общего плана строения. В процессе развития организм меняется, он приобретает новые признаки и функциональность, другие — могут быть утеряны. То есть в результате развития возникает новое качественное состояние. У живых организмов обычно рост сопровождается развитием (или развитие ростом). Развитие направлено и необратимо.
Кроме индивидуального развития выделяют историческое развитие жизни на Земле, которое сопровождается образованием новых видов и усложнением жизненных форм.
Хотя рост можно наблюдать и в неживой природе (например, у кристаллов или пещерных сталагмитов), его механизм у живых организмов иной. В неживой природе рост осуществляется за счет простого присоединения вещества к наружной поверхности. Живые организмы растут за счет питательных веществ, поступающих внутрь. При этом у них увеличиваются не столько сами клетки, сколько возрастает их количество.
Раздражимость и саморегуляция
Живые организмы обладают свойством в определенных пределах изменять свое состояние в зависимости от условий как внешней, так и внутренней среды. В процессе эволюции у видов выработались различные способы регистрации параметров среды (среди прочего посредством органов чувств) и ответной реакции на разные раздражители.
Раздражимость живых организмов избирательна, то есть они реагируют только на то, что важно для сохранения их жизни.
Раздражимость лежит в основе саморегуляции организма, которая, в свою очередь, имеет приспособительное значение. Так при повышении температуры тела у млекопитающих расширяются кровеносные сосуды, отдавая в окружающую среду тепло в большем количестве. В результате температура животного нормализуется.
У высших животных многие реакции на внешние раздражители зависят от достаточно сложного поведения.
§ 1. Общие свойства живых организмов
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Биология. 10 класс |
| Книга: | § 1. Общие свойства живых организмов |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Понедельник, 11 Октябрь 2021, 04:19 |
Оглавление
Преамбула
Как вам уже известно, живая природа на Земле очень разнообразна и состоит из биологических систем разных уровней организации. Одним из уровней организации жизни является организменный уровень. С разнообразием организмов вы уже познакомились при изучении биологии в 7-м и 8-м классах и знаете, что они могут быть одноклеточные, колониальные или многоклеточные. Несмотря на разнообразие структурной организации, живым организмам присущи общие свойства.
Единство химического состава
Клеточное строение
Обмен веществ и энергии
Живой организм — открытая устойчивая система, через которую проходят потоки веществ и энергии. Определенные вещества и энергия поступают в организм из среды (питание, дыхание), другие — выделяются из организма в среду (выделение). В самом организме обмен веществ и энергии включает два противоположных, но взаимосвязанных процесса. Это синтез сложных веществ из простых с поглощением энергии и расщепление сложных веществ до более простых с выделением энергии. Оба эти процесса в организме сбалансированы между собой и обеспечивают относительное постоянство его химического состава.
Саморегуляция
Способность живых организмов поддерживать потоянство химического состава и физиологических процессов в непрерывно изменяющихся условиях внешней среды называется саморегуляцией. У животных саморегуляция осуществляется благодаря деятельности нервной и гуморальной систем. Сигналом для включения той или иной регуляторной системы может быть изменение в организме показателей температуры, кровяного давления, количества воды, энергии, скорости обменных процессов. Только живые организмы могут сохранять постоянными показатели внутренней среды при изменении факторов внешней среды. Так, у теплокровных животных существуют многочисленные механизмы поддержания на постоянном уровне температуры тела вне зависимости от температуры окружающей среды. Гормоны инсулин и глюкагон обеспечивают постоянный уровень глюкозы в крови человека независимо от количества углеводов, поступающих с пищей.
У растений отсутствует нервная система, поэтому гормональная регуляция у них является важнейшим фактором саморегуляции и управления ростом и развитием. Она осуществляется с помощью фитогормонов — низкомолекулярных органических веществ с высокой физиологической активностью. Водный баланс у растений поддерживается путем транспирации.
*Подвижность
Все живое может изменять свое положение в пространстве, то есть обладает способностью к движению. Это более очевидно у животных, которые умеют летать, ходить, ползать или бегать. У растений подвижность менее заметна. Но у них можно наблюдать движение цитоплазмы внутри клеток и даже движение целых органов (соцветий, листовых пластинок) вслед за перемещением солнца, хотя и с малой скоростью. Иногда движение настолько медленное, что его трудно увидеть невооруженным глазом.
*Раздражимость
Все живые организмы способны реагировать на изменение внешней или внутренней среды. Любое изменение условий внешней или внутренней среды представляет собой раздражитель по отношению к конкретному организму, а его ответная реакция является проявлением раздражимости. Раздражимость живых организмов избирательна, то есть они реагируют только на то, что важно для сохранения их жизни. Скорость реагирования может сильно варьировать в зависимости от вида организма. Реакции многоклеточных животных на раздражители, осуществляемые и контролируемые центральной нервной системой, называются рефлексами. Организмы, не имеющие нервной системы, лишены рефлексов, и их реакции выражаются в изменении характера движения (таксисы) или роста (тропизмы). В процессе эволюции у разных видов выработались различные способы восприятия раздражителей и типы ответной реакции на них.
Размножение
Любой вид в природе состоит из особей, существование каждой из которых ограничено во времени. Рано или поздно жизнь отдельно взятой особи прекратится, но вид не перестанет существовать. Выживание вида обеспечивается появлением потомства путем бесполого или полового размножения существующих особей (родителей). Размножение — свойство организмов воспроизводить себе подобных с сохранением главных признаков вида (см. рис.). Благодаря размножению обеспечивается непрерывность и преемственность жизни на Земле. В основе размножения лежит самовоспроизведение новых молекул и структур, обусловленное наследственной информацией, которая находится в хромосомах родительских клеток. Самовоспроизведение тесно связано с явлением наследственности. Если новый организм развивается на основе набора хромосом, идентичного набору одной родительской особи (бесполое размножение), он будет ее полной копией. У организма, содержащего хромосомы двух родителей разного пола (половое размножение), помимо признаков обоих родителей, могут появляться новые признаки как следствие образования новой комбинации наследственной информации. Например, у кареглазых родителей может появиться ребенок с голубыми глазами.
*Наследственность и изменчивость
Если сравнить родителей и их потомков, то можно заметить сходство между ними по ряду признаков. Любой живой организм рождает себе подобных. Способность живых организмов передавать определенные признаки и свойства из поколения в поколение называется наследственностью. Закономерности наследственности изучает генетика. Ученые, изучавшие наследственность, установили, что признаки определяются материальными структурами наследственности, расположенными в хромосомах, которые передаются от родителей к потомкам. Информация в них записана с помощью особого генетического кода, который универсален для всех организмов на Земле, что свидетельствует о единстве происхождения жизни.
В ходе размножения у потомков сохраняются свойства и признаки исходного материнского организма. Однако размножение — это не простая способность к самокопированию, поскольку у потомков имеются и отличительные признаки. Способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства в процессе индивидуального развития называется изменчивостью. В основе наследственной изменчивости лежат изменения в биологических матрицах наследственности — хромосомах. Изменчивость дает разнообразный материал для отбора организмов, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования, что, в свою очередь, приводит к появлению новых видов живых организмов.
Рост и развитие
Рост и развитие — это свойства организмов, реализуемые в процессе их жизни. Рост — количественное увеличение размеров и массы тела путем деления клеток, сопровождающее развитие организма или его частей. Развитие — это необратимые качественные изменения в строении и функциональной активности организма. Следует различать индивидуальное и историческое развитие видов. В процессе индивидуального развития организмы данного вида постепенно и последовательно изменяются в течение своей жизни. Они приобретают новые признаки и свойства, а прежние могут быть утеряны. В результате индивидуального развития возникает новое качественное состояние организмов.
В отличие от индивидуального развития историческое развитие вида сопровождается образованием новых видов и усложнением жизненных форм. В результате исторического развития возникло все видовое многообразие жизни на Земле.
*Адаптация к условиям существования
Живые организмы способны приспосабливаться к условиям окружающей среды путем приобретения специфических приспособлений (адаптаций) в ходе исторического развития. Например, длинная шея у жирафа позволяет ему добывать пищу там, где ее никто из других видов наземных копытных млекопитающих не может достать, а способность хамелеона изменять окраску покровов тела в соответствии с фоном среды позволяет ему становиться менее заметным и избегать поедания хищниками. Организмы, не обладающие необходимыми адаптациями к условиям среды, вымирают.
*Повторим главное. Несмотря на разнообразие структурной организации живых организмов, им присущи общие свойства. Для всех организмов характерно единство химического состава — тело построено из белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Клетка является структурно-функциональной единицей всего живого. Живой организм — открытая устойчивая система (в ней протекает обмен веществ и энергии), способная к саморегуляции, размножению, росту и развитию, адаптации к условиям среды. Для организма также характерны такие свойства, как подвижность, раздражимость, наследственность и изменчивость.
Проверим знания
Ключевые вопросы
1. Какие органические вещества являются основными компонентами тела живых организмов?
2. Что является структурно-функциональной единицей организмов?
*3. Какое свойство организмов обеспечивает постоянство существования жизни на Земле?
*4. Почему свойства и признаки родителей проявляются у потомков?
*5. Чем можно объяснить, что у одних и тех же родителей появляются потомки с разными признаками?
1. Какие свойства живых организмов позволят сохраниться жизни на Земле в случае резкого потепления климата? Ответ обоснуйте.
2. Как вы думаете, может ли быть развитие без роста организма и наоборот? Ответ аргументируйте конкретными примерами.
*3. Что означает выражение «организм — открытая система»? Можно ли считать открытой системой объект неживой природы? Почему?
* 4. В чем заключается индивидуальное и историческое развитие организмов? Приведите примеры.
*Индивидуальное домашнее задание. Проведите наблюдение за живыми организмами в окружающей природе (в лесу, парке, на лугу и др.). Сравните их с неживыми объектами. Найдите различия между ними. Установите общие свойства у живых организмов.