Концепції сучасного природознавства - Карпов Я. С. - 5.1.4 Структурні рівні організації життя

Б. М. Мєдніков (1982) визначив особливості живої матерії у вигляді аксіом теоретичної біології.

1. Усі живі організми являють собою єдність фенотипу (сукупності всіх ознак і властивостей організму, що сформувалися в процесі індивідуального розвитку) і програми для його побудови (генотипу), яка передається спадково з покоління в покоління (аксіома А. Вейсмана)

2. Генетична програма створюється матричним шляхом. Як матриця, на якій вибудовується ген майбутнього покоління, використовується ген попереднього покоління (аксіома М. К. Кольцова).

3. У процесі передавання з покоління в покоління генетичні програми з різних причин змінюються випадково й нецілеспрямовано, і лише випадково такі зміни можуть виявитися вдалими в даному середовищі (1-а аксіома Ч. Дарвіна).

4. Випадкові зміни генетичних програм у процесі становлення фенотипу багаторазово посилюються (аксіома М.В. Тимофєєва-Ресовського).

5. Багаторазово посилені зміни генетичних програм зазнають добору, який здійснюють умови зовнішнього середовища (2-а аксіома Ч. Дарвіна).

Аксіоми біології визначають всі основні властивості живої природи.

5.1.3 Основні властивості та ознаки живих організмів

Живі організми мають ознаки й властивості, які відсутні в більшості неживих систем. Переважна більшість із них окремо зустрічаються й у неживих системах. Однак лише всі разом узяті, вони характеризують особливу форму руху матерії — життя. Перелічимо основні властивості й ознаки живого.

1. Єдність хімічного складу. До складу всіх живих організмів входять ті ж хімічні елементи, які містяться й у неживій матерії. Однак їх співвідношення в живому й неживому різне. Так, у живих організмах набагато більша частина хімічного складу (98 %) припадає на чотири елементи: вуглець, водень, кисень та азот. Крім того, усі живі організми побудовані з особливих речовин — макромолекул, які відсутні в неживій матерії. Основними серед них є такі: білки, нуклеїнові кислоти й АТФ (аденозинтрифосфорна кислота), вуглеводи й ліпіди.

2. Дискретність (латин, discretus — переривчастий, тобто складається з окремих частин) і цілісність - дві фундаментальні загальні властивості організації життя на Землі. Ця властивість полягає в тому, що будь-яка жива система (клітина, організм, популяція, вид, біогеоценоз) складається з окремих, але взаємозалежних і взаємодіючих частин, що утворюють структурно-функціональну єдність, тому вона являє собою єдине ціле.

3. Складність і високий ступінь організації. Живі системи складаються з величезної кількості складних молекул і структур, що зумовлює їх ускладнену внутрішню будову. При цьому будь-яка частина організму має спеціальне призначення й здатна виконувати певні функції. Усе це забезпечує складність і високий ступінь організації живої системи в цілому.

4. Обмін речовин і перетворення енергії. Жива система являє собою відкриту систему, оскільки через неї проходять потоки речовин та енергії. Щодо енергії, то живі організми мають здатність видобувати, перетворювати й використовувати енергію навколишнього середовища — або у формі органічних поживних речовин, або у вигляді енергії сонячного випромінювання. Завдяки речовинам та енергії, що надходять з навколишнього середовища, організми та їх складові — органи й структури — здатні здійснювати різні функції. У результаті своєї життєдіяльності вони повертають у зовнішнє середовище продукти розпаду й перетворену енергію у вигляді тепла. Усе це і становить сутність обміну речовин і перетворення енергії в живих організмах.

5. Саморегулювання. Властивість саморегулювання означає здатність живих організмів підтримувати сталість свого хімічного складу в нескінченно мінливих умовах середовища існування, використовуючи певні системи регулювання як на клітинному рівні, так і на рівні всього організму.

6. Самовідтворення. Це найбільш універсальна властивість живого, яка забезпечує здатність до розмноження. Саме завдяки цій властивості батьківські особини з покоління в покоління відтворюють подібне собі потомство (аксіома Вейсмана), завдяки чому життя виду не припиняється. В основі самовідтворення лежить процес реплікації, тобто синтезу ДНК-молекули, яка зберігає спадкову інформацію, на основі матричного принципу (аксіома Кольцова). Цей принцип виявляється в точності копіювання порівняно стабільної молекули ДНК, що забезпечує можливість ідентичного самовідтворення (явище спадковості).

7. Конваріантна редуплікація. Самовідтворення в живих організмах відбувається не як механічне повторення, а як відтворення з внесенням змін (аксіома Ч. Дарвіна). Неминучість таких змін випливає з фізико-хімічних властивостей молекули ДНК. Будь-якій молекулі, особливо досить складній, а такою і є молекула ДНК, властивий лише відносний, тобто обмежений ступінь стабільності. Час від часу вона зазнає структурних змін унаслідок руху атомів і молекул. Якщо ці зміни не призводять до летального результату, вони багаторазово підсилюються (аксіома Тимофєєва-Ресовського) і потім передаються спадково в результаті самовідтворення за матричним принципом. Конваріантна редуплікація означає можливість спадкової передачі дискретних відхилень від вихідного стану, тобто генетичних змін (явище мінливості).

8. Здатність до росту та індивідуального розвитку. Дана властивість притаманна всім живим організмам. Ріст — збільшення маси й розмірів особини. При цьому зберігаються окремі риси будови, властиві даному виду. Ріст супроводжується розвитком. Індивідуальний розвиток (онтогенез) — уся сукупність перетворень особини з моменту зародження до кінця життя, у процесі яких виникає конкретний якісний стан організму.

9. Подразливість і здатність специфічно реагувати на зміни зовнішнього середовища. Подразливість є істотною властивістю всього живого. Вона пов'язана з передаванням інформації із зовнішнього середовища живим організмам й виявляється в їхніх реакціях на зовнішні впливи. Завдяки властивості подразливості живі організми вибірково реагують на зовнішні впливи відповідно до своїх спадкових особливостей.

10. Пристосованість до середовища існування. Беручи до уваги те, що живі організми специфічно реагують на зміни зовнішнього середовища, зрозуміло, що вони можуть до нього пристосовуватися. Особливості будови, функцій і поведінки даного організму, які відповідають його способу життя й здатності до відтворення в даних умовах середовища, називаються адаптаціями (пристосуваннями).

11. Здатність до історичного розвитку (філогенезу). Цей процес називається еволюцією. Історичний розвиток супроводжується утворенням нових видів, їх пристосуванням до середовища й прогресивним ускладненням життя. Усе це відбувається шляхом дії природного добору (аксіома Ч. Дарвіна). У процесі еволюції виникла вся різноманітність живих організмів, пристосованих до умов існування.

5.1.4 Структурні рівні організації життя

Живій матерії властиві різні рівні організації її структур, між якими існує складна супідрядність. Виділяють такі основні структурні рівні життя:

1) молекулярний. Я кою б складною не була жива система, в кінцевому підсумку до її складу входять біологічні макромолекули. Саме тут проходить межа між живим і неживим. Із цього рівня починаються процеси життєдіяльності: обмін речовин і перетворення енергії, передавання й реалізація спадкової інформації й ін.;

2) клітинний. Клітина є структурною і функціональною одиницею всіх живих організмів, а також одиницею їхнього розвитку. На цьому рівні поєднуються процеси перетворення речовин та енергії, а також процеси передавання й реалізації спадкової інформації;

3) тканинний. Цього рівня досягають тільки багатоклітинні організми, у яких клітини й утворені з них частини організму досягають високого ступеня структурної спеціалізації, формуючи різноманітні типи тканин, специфічні для рослинного й тваринного організмів. Кожна тканина відрізняється своєю структурою і виконуваною функцією;

4) на рівні органів. Тканини утворюють органи. Найчастіше органи рослинного й тваринного організмів формуються не з однієї, а з декількох тканин. Будь-який орган рослини або тварини характеризується певними структурно-функціональними особливостями як складова частина тієї чи іншої системи органів;

5) на рівні організму (онтогенетичний). Це рівень цілісного організму. Елементарною одиницею цього рівня є особина. Тканини, органи й системи органів існують не самі по собі. Виникаючи й формуючись у процесі онтогенезу, вони спеціалізуються на виконанні певних функцій, що спільно забезпечують існування організму як єдиного цілого. У такий спосіб онтогенетичний рівень забезпечує існування особини в процесі індивідуального розвитку, тобто від моменту зародження до припинення існування;

6) популяційно-видовий. Об'єднання особин у популяції, а популяцій — у види приводить до появи нових властивостей, відмінних від властивостей попередніх рівнів організації. Популяції і види як надіндивідуальні утворення можуть існувати протягом тривалого часу, а також здатні до самостійного історичного розвитку. На цьому структурному рівні організації живої матерії безпосередньо відбувається процес еволюції органічного світу;

7) біогеоценотичний. Популяції різних видів завжди співіснують у певному середовищі, яке включає як біотичні, так і абіотичні компоненти. Таке поєднання організмів різних видів і різної складності організації з факторами середовища їх існування являє собою біогеоценоз (екосистему), яка є ареною еволюційних перетворень;

8) біосферний. Біогеоценози, поєднуючись, утворюють біосферу — систему, яка охоплює всі явища життя на Землі. На цьому рівні відбувається кругообіг речовин і перетворення енергії, що пов'язано із життєдіяльністю всіх живих організмів"

Кожний з перерахованих рівнів має свої закономірності й методи дослідження, отже, є досить специфічним. Те, що можна виділити певні рівні організації живої матерії, свідчить про її дискретність. У той же час усі ці рівні тісно пов'язані між собою, що свідчить про цілісність живої природи.