Жизни, как природному явлению, присуща своя иерархия уровней организации, определенная упорядоченность, соподчиненность этих уровней. Открытие клетки как элемента живых структур и представление о системности, цельности этих структур стали основой последующего построения иерархии живого.
Концепция структурных уровней живого включает представление об иерархической соподчиненности структурных уровней, системности и органической целостности живых организмов. В соответствии с этой концепцией структурные уровни различаются не только сложностью, но и закономерностями функционирования. Вследствие иерархической соподчиненности каждый из уровней организации живой материи должен изучаться с учетом характера ниже и вышестоящего уровней в их функциональном взаимодействии.
Рассмотрим отдельные уровни организации живой материи, начав с низшей ступени, на которой смыкаются биология и химия.
Молекулярно-генетический уровень. Это тот уровень организации материи, на котором совершается скачок от атомно-молекулярного уровня неживой материи к макромолекулам живого.
Белки — органические соединения, входящие в состав всех живых организмов. Белки являются биополимерными макромолекулами, так как состоят из большого числа повторяющихся и сходных по структуре низкомолекулярных соединений (мономеров). Перестановки и различные сочетания мономеров в длинных полимерных цепях обеспечивают построение множества вариантов молекул белка и придают ему разнообразные свойства. В состав белка входит 20 аминокислот-мономеров.
Характерным физическим свойством аминокислот, содержащихся в живых системах, является то, что все они способны поворачивать влево плоскость поляризации светового луча. В свою очередь это означает, что свойством живой материи является ее молекулярная асимметричность, подобная асимметричности левой и правой рук. Опираясь на такую аналогию, это свойство живого назвали молекулярной хиральностью (от греч. cher — рука).
Первоначально казалось, что фундаментальную основу жизни составляют именно белковые молекулы. Но с химической точки зрения ни сам белок, ни его составные части не представляют ничего уникального. Дальнейшие исследования, направленные на изучение механизмов воспроизводства и наследственности, позволили выявить то специфическое, что отличает на молекулярном уровне живое от неживого. Наиболее важным было выделение веществ из ядра клетки, обладающих свойствами кислот и названных нуклеиновыми (то есть ядерными) кислотами. Один тип этих кислот получил широко используемое сокращенное название РНК (рибонуклеиновые кислоты), другой — ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты). Удалось доказать, что ДНК обладает способностью сохранять и передавать наследственную информацию организмов. В 1953 г. была расшифрована структура ДНК. Оказалось, что молекула ДНК состоит из двух мономерных цепей, идущих в противоположных направлениях и закрученных одна вокруг другой наподобие пары электрических проводов. ДНК, находящиеся в клетке, разделены на участки — хромосомы. Мономеры нуклеиновых кислот несут информацию, по которой строятся аминокислоты и белковые молекулы организма. Участок молекулы ДНК, содержащий информацию об одном из набора белков организма, называют геном. Гены расположены в хромосомах.
Изучение строения и функции молекул нуклеиновых кислот стало возможным лишь при использовании физических методов и представлений. Молекулярная биология, изучающая биологические объекты и процессы на молекулярном уровне, — один из наиболее ярких примеров современной тенденции к интеграции научного знания.
Клеточный уровень. Любой живой организм состоит из клеток. В простейшем случае — из единственной клетки (бактерии, амебы). Клетка является мельчайшей элементарной живой системой и первоосновой строения, жизнедеятельности и размножения всех организмов. Клетки всех организмов сходны по строению и составу веществ. Всеми сложными многоступенчатыми процессами в клетке управляет особая структура, как правило, находящаяся в ее ядре и состоящая из длинных цепей молекул нуклеиновых кислот.
Клетки обладают разнообразием форм, размеров, функций. Существуют клетки, не содержащие ядра, — прокариоты (безъядерные клетки). Исторически они являются предшественниками клеток с развитой структурой, то есть клеток, имеющих ядро, — эукариотов.
«На общедоступном языке мы можем назвать ядро администратором клетки. Две главные черты роднят его с администраторами: оно стремится плодить себе подобных и успешно отражает все наши попытки узнать, чем же именно ядро занимается. Только попытавшись обойтись без него, мы узнаем, что оно действительно работает» (Мэйзи Д. Строение и функции биологических структур).
Следует отметить, что к миру живого относятся также и вирусы — мельчайшие бесклеточные организмы размером примерно в 50 раз меньше бактерий. Они находятся на границе между живой и неживой материей. Не имея клеточной структуры, они способны ее воспроизводить, внедряясь в среду чужих клеток.
Тканевый уровень. Совокупность клеток с одинаковым уровнем организации образует живую ткань. Из тканей состоят различные органы живых организмов.
Организменный уровень. Система совместно функционирующих органов образует организм. В отличие от предыдущих уровней на организменном уровне проявляется большое разнообразие живых систем. Организменный уровень именуют также онтогенетическим.
Популяционно-видовой уровень образован совокупностью видов и популяций живых систем. Популяция — это совокупность организмов одного вида, обладающих единым генофондом (совокупностью генов). Она является надорганизменной живой системой, так же как и вид, состоящий обычно из нескольких популяций. На этом уровне реализуется биологический эволюционный процесс.
Биоценотический уровень образован биоценозами — исторически сложившимися устойчивыми сообществами популяций, связанных друг с другом и окружающей средой обменом веществ.
Биосферный уровень организации живого: совокупность биоценозов образует биосферу Земли.
Отдельные структурные уровни живого являются объектами изучения для отдельных биологических наук, то есть условными разграничителями биологического знания. Так, молекулярный уровень изучается молекулярной биологией, генетикой; клеточный уровень служит объектом для цитологии, микробиологии; анатомия и физиология изучают жизнь на тканевом и организменном уровнях; зоология и ботаника имеют дело с организменным и популяционно-видовым уровнями; экология охватывает биоценотический и биосферный уровни.
Рассмотрение организации живой материи начинается с выяснения строения и свойств сложных органических молекул. Клетки многоклеточных организмов входят в состав тканей, две или несколько тканей образуют орган. Сложно устроенный многоклеточный организм, имеющий в своем составе ткани и органы, в то же время представляет собой элементарную единицу биологического вида. Взаимодействующие между собой виды составляют сообщество, или экологическую систему, которая, в свою очередь, является одним из компонентов биосферы.
В соответствии с этим выделяют несколько уровней организации живой материи.
1. Молекулярный. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, проявляется на уровне функционирования биологических макромолекул – биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.
2. Клеточный. клетка является структурной и функциональной единицей, а также единицей развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Свободноживущих неклеточных форм жизни не существует.
3.Тканевой. Ткань представляет собой совокупность сходных по строению клеток, объединенных выполнением общих функций.
4. Органный. Органы – это структурно-функциональные объединения нескольких типов тканей.
5. Организменный. Многоклеточный организм представляет собой целостную систему органов, специализированных для выполнения различных функций.
6. Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования.
7. Биогеоценотический. Биогеоценоз – совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами среды их обитания.
8. Биосферный. Биосфера – система высшего порядка, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходят круговорот вещества и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему