Медицинская биология
 Скачать 0.84 Mb.
|
|
Вопрос 5. Обмен веществ и энергии /. Совокупность закономерностей, характеризующих жизнь 2. Обмен веществ и энергии 3. Взаимовлияние окружающей среды и организмов 4. Изменение окружающей среды, связанное с жизнедеятельностью организмов 1. К числу закономерностей, совокупность которых характеризует жизнь, относятся: • самообновление, связанное с потоком вещества и энергии; • самовоспроизведение, обеспечивающее преемственность между сменяющими друг друга генерациями биологических систем и связанное с потоком информации; • саморегуляция, базирующаяся на потоке вещества, энергии и информации. Перечисленные закономерности обусловливают основные атрибуты жизни: • обмен веществ и энергии; • раздражимость; • гомеостаз; • репродукцию; • наследственность и изменчивость; • индивидуальное и филогенетическое развитие. 2. Характеризуя явление жизни, Ф. Энгельс писал: "Жизнь - это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка". Обмен веществ может иметь место и между телами неживой природы. Однако обмен веществ как свойство живого качественно отличается от обменных процессов в неживых телах. Горящий кусок угля находится в состоянии обмена с окружающей природой: кислород включается в химическую реакцию и выделяется углекислый газ. Образование ржавчины на поверхности железного предмета — следствие обмена со средой. Но в результате этих процессов неживые тела перестают быть тем, чем они были. Для тел живой природы, наоборот, обмен с окружающей средой — условие их существования. В живых организмах обмен веществ приводит к восстановлению разрушенных компонентов, замене их новыми, подобными им, т. е. к самообновлению и самовоспроизведению, построению тела живого организма за счет усвоения веществ из окружающей среды. Организмы существуют как открытые системы. Через каждый организм идут непрерывные потоки вещества и энергии. Осуществление этих процессов обусловлено свойствами белков, особенно их каталитической активностью. 3. Благодаря тому, что организмы — открытые системы, они находятся в единстве со средой, а физические, химические и биологические свойства окружающей среды обусловливают осуществление всех процессов жизнедеятельности. Каждый вид организмов приспособлен к обитанию лишь в определенных условиях, в которых происходило его развитие и к которым он приспособился: • одни виды обитают только в воде; • другие — на суше; • одни — лишь в полярных широтах; • другие — в экваториальном поясе; • различные организмы приспособлены к обитанию в степях, пустынях, лесах, глубинах океанов или на вершинах гор; • для некоторых средой обитания служат другие организмы (их кишечник, мышцы, кровь и т. д.). Не только организмы зависят от среды, но и окружающая среда изменяется в результате жизнедеятельности организмов. 4. Первобытный облик нашей планеты значительно изменился под воздействием организмов: она приобрела атмосферу со свободным кислородом и почвенный покров. Из свободного кислорода образовался озон, препятствующий проникновению ультрафиолетового излучения к поверхности Земли. Так возник "озоновый экран", обеспечивающий существование жизни на поверхности суши. Из зеленых растений, накопивших в себе солнечную энергию в прошлые геологические эпохи, сформировались огромные запасы богатых энергией пород, таких, как уголь и торф. Органическое происхождение имеют известняки, мел и многие другие минералы. Растительный покров влияет на климат, древесная растительность делает его более мягким, уменьшает колебания температуры и других метеорологических факторов. Влияние неживой природы на организмы и, наоборот, организмов на неживые тела указывает на единство всей природы. Вопрос 6. Раздражимость /. Раздражимость — свойство всех тел природы 2. Саморегуляция организмов 3. Адаптация живых организмов 4. Структурная организация жизни 1. Неотъемлемая черта, свойственная всему живому, — раздражимость, основные характеристики которой состоят в следующем: • является выражением одного из общих свойств всех тел природы — отражения; • связана с передачей информации из внешней среды любой биологической системе (организм, орган, клетка); • проявляется реакциями этих систем на внешнее воздействие. Благодаря этому свойству достигается равновесие организмовс внешней средой: • организмы избирательно реагируют на условия окружающей среды; • способны извлекать из нее все необходимое для своего существования; • с ним связан столь характерный для живых организмов обмен веществ, энергии и информации. Свойство раздражимости обусловлено химическим строением самого субстрата жизни. 2. Получение необходимой информации обеспечивает в биологических системах саморегуляцию, которая осуществляется в организмах по принципу обратной связи. Продукты жизнедеятельности могут оказывать сильное и строго специфическое тормозящее воздействие на ферменты, составляющие начальное звено в длинной цепи реакций. По принципу обратной связи регулируются: • процессы обмена веществ; • репродукции; • считывания наследственной информации и т. д. Саморегуляцией в организмах поддерживается постоянство структурной организации — гомеостаз (греч. gomos — равный, неизменный, stasis — состояние). Организмам свойственно постоянство химического состава, физико-химических особенностей. Для всех живых существ характерно наличие механизмов, поддерживающих постоянство внутренней среды. 3. Биологическим системам на различных уровнях организации свойственна адаптация. Под адаптацией (лат. adapto — приспособляю) понимается приспособление живого к постоянно меняющимся условиям среды. В основе адаптации лежат явления раздражимости и характерные для нее адекватные ответные реакции. Адаптация вырабатывалась в процессе эволюции как следствие выживания наиболее приспособленных. Без адаптации невозможно поддержание нормального существования. 4. Структурная организация в широком смысле, т. е. определенная упорядоченность, обнаруживается не только при исследовании жизнедеятельности отдельных организмов. Организмы различных видов, связанные друг с другом через среду обитания, составляют биоценозы (исторически сложившиеся сообщества). В биоценозах в результате обмена веществ, энергии и информации между организмами и окружающей их неживой природой также поддерживается определенный биогенетический гомеостаз: • постоянство видового состава • и числа особей каждого вида. Вопрос 7. Репродукция. Наследственность и изменчивость 1. Репродукция — поддержание жизни 2. Передача наследственной информации 3. Изменчивость 1. Жизнь существует в виде отдельных (дискретных) биологических систем (клеток, организмов и др.), а существование каждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени, поэтому поддержание жизни на любом уровне связано с репродукцией. Любой вид состоит из особей, каждая из которых рано или поздно перестанет существовать, но благодаря репродукции (размножению) жизнь вида не прекращается. Размножение всех видов, населяющих Землю, поддерживает существование биосферы. Самовоспроизведение на молекулярном уровне обусловливает особенности обмена веществ живых организмов по сравнению с неживыми телами. Репродукция на молекулярном уровне осуществляется на основе матричного синтеза, т. е. новые молекулы синтезируются в соответствии с программой, заложенной в структуре ранее существовавших молекул. Матричный синтез служит основой для образования молекул белков и нуклеиновых кислот. 2. Наследственность обеспечивает материальную преемственность (поток информации) между поколениями организмов. Она тесно связана с репродукцией (авторепродукцией) жизни на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях. Хранение и передача наследственной информации осуществляются нуклеиновыми кислотами. Благодаря наследственности из поколения в поколение передаются признаки, обеспечивающие приспособление организмов к среде обитания. 3. Изменчивость означает свойство, противоположное наследственности, связанное с появлением новых признаков, отличных от уже имеющихся. Если бы при репродукции всегда проявлялась только преемственность свойств и признаков, то эволюция органического мира была бы невозможна. Но живой природе свойственна изменчивость. В первую очередь она связана с "ошибками" при репродукции. По-иному построенные молекулы нуклеиновой кислоты несут новую наследственную информацию. Новая измененная информация в большинстве случаев бывает вредной для организма, но в ряде случаев в результате изменчивости организм приобретает свойства, которые могут оказаться полезными в конкретных условиях. Новые признаки подхватываются и закрепляются отбором. Таким образом, наследственная изменчивость создает предпосылки для видообразования и эволюции, а тем самым — и существования жизни. Вопрос 8. Индивидуальное развитие 1. Генетическая информация 2. Эволюционное развитие 1. Организмы, появляющиеся в результате репродукции, наследуют не готовые признаки, а определенную генетическую информацию, возможность развития тех или иных признаков. Эта наследственная информация реализуется во время индивидуального развития, которое выражается: • как правило, в увеличении массы (роста), что базируется на репродукции молекул, клеток и других биологических структур; • в дифференцировании, т. е. появлении различий в структуре, усложнении функций и т. д. 2. Эволюционное развитие, основные закономерности которого установлены Ч. Дарвином, базируется на наследственной изменчивости, борьбе за существование и отборе. Действие этих факторов привело к огромному разнообразию форм жизни, приспособленных к среде обитания. Прогрессивная эволюция прошла • доклеточные формы; • одноклеточные организмы; • все усложняющиеся многоклеточные. Наконец, появился человек — существо, в котором, по выражению Ф. Энгельса, "природа приходит к осознанию самой себя". Однако вместе с человеком появилась новая форма существования материи — социальная, высшая по сравнению с биологической и несводимая к ней. В силу этого человек, в отличие от всех других существ, представляет собой биосоциальный организм. Вопрос 9. Учение об организации живого 1. Диалектическое единство мира 2. Целостность и дискретность органического мира. Уровни его организации 3. Упорядоченность жизнедеятельности 4. Структуры уровней органического мира 1. Жизнь характеризуется диалектическим единством противоположностей, она одновременно целостна и дискретна (лат. discretus - прерывистый). Органический мир целостен, существование одних организмов зависит от существования других. В очень общей и упрощенной форме это можно представить так: • животные-хищники для своего питания нуждаются в существовании растительноядных, а последние - в существовании растений; • растения в процессе фотосинтеза поглощают из атмосферы СО2, выделение которого в атмосферу связано с жизнедеятельностью живых организмов; • из почвы растения получают ряд минеральных веществ, количество которых не истощается благодаря разложению органических веществ, осуществляемому бактериями, и т. д. 2. Органический мир целостен, так как составляет систему взаимосвязанных частей, и в то же время дискретен. С дискретностью жизни связаны различные уровни организации органического мира. В середине XX в. в биологии сложились представления об уровнях организации как конкретном выражении упорядоченности — одного из основных свойств живого. Живое на нашей планете представлено в виде дискретных единиц — организмов, или особей. Каждый живой организм дискретен, т. е. состоит из единиц подчиненных ему уровней организации (органов, тканей, клеток). С другой стороны, сам является единицей, входящей в состав надорганизменных биологических микросистем (популяции, биоценоза, биосферы в целом). Вместе с тем каждый из органов, обладая определенной автономностью, действует как часть целого. Каждая клетка состоит из органоидов, но функционирует как единое целое. Хранение и передача наследственной информации осуществляются генами, но ни один из генов вне всей совокупности не определяет развития признаков и т. д. Жизнь связана с молекулами белков и нуклеиновых кислот, но только их единство, целостная система обусловливает существование живого. На всех уровнях жизни проявляются такие ее атрибуты, как: • дискретность и целостность; • структурная организация (упорядоченность); • обмен веществ, энергии и информации и т. д. 3. Характер проявления основных свойств жизни на каждом из уровней имеет качественные особенности и обладает упорядоченностью. В результате обмена веществ, энергии и информации устанавливается единство живого и среды, но понятие среды для разных уровней различно. Для дискретных единиц молекулярного и надмолекулярного (субклеточного) уровней окружающей средой является внутренняя среда клетки, для клеток тканей и органов — внутренняя среда организма. Внешняя живая и неживая среда на этих уровнях организации воспринимается через изменение внутренней среды, т. е. опосредованно. Для организмов (индивидуумов) и их сообществ среду составляют организмы того же и других видов и условия неживой природы. 4. Существование жизни на всех уровнях подготавливается и определяется структурой низшего уровня. Характер клеточного уровня организации определяется молекулярными и субклеточными уровнями, организменный — клеточным, тканевым и органным, видовой (популяционный) — организменным и т. д. Для дискретных единиц характерно большое сходство дискретных единиц на низших уровнях и все возрастающее различие — на высших. Таблица 1 Уровни организации органического мира
Вопрос 10. Молекулярный, клеточный, тканевый уровни /. Единообразие дискретных единиц 2. Однотипность живых организмов 3. Тканевый уровень 1. На молекулярном уровне обнаруживается удивительное единообразие дискретных единии: • жизненный субстрат всех животных, растений и вирусов составляют всего 20 одних и тех же аминокислот и 4 нуклеотидных основания, входящих в состав белковых молекул и нуклеиновых кислот; • липиды и углеводы имеют низкомолекулярный состав; • у всех организмов биологическая энергия запасается в виде богатых энергией аденозинфосфорных кислот (АТФ, АДФ, АМФ); • наследственная информация у всех заложена в молекулах ДНК (исключение составляют лишь РНК-содержащие вирусы), способных к саморепродукции; • реализация наследственной информации осуществляется при участии молекул РНК, синтезируемых на матричных молекулах ДНК. 2. На клеточном уровне также отмечается однотипность всех живых организмов: • клетка — основная самостоятельно функционирующая элементарная биологическая единица, характерная для всех живых организмов; • у всех организмов только на клеточном уровне возможны биосинтез и передача наследственной информации; • клеточный уровень у одноклеточных организмов и на стадии зиготы у многоклеточных совпадает с организменным. В истории жизни нашей планеты был такой период (первая половина протерозойской эры), когда все организмы находились на этом уровне организации. Из таких организмов состояли все виды, биоценозы и биосфера в целом. 3. Совокупность клеток с одинаковым типом организации составляет ткань. Тканевый уровень возник вместе с появлением многоклеточных животных и растений, имеющих дифференцированные ткани. У многоклеточных организмов они развиваются в период онтогенеза. Большое сходство между всеми организмами сохраняется и на тканевом уровне. Совместно функционирующие клетки, относящиеся к разным тканям, составляют органы. Всего лишь пять основных тканей входит в состав органов всех многоклеточных животных, и шесть основных тканей образуют органы растений. |