Ієрархічні впусти організації живого

Ієрархічний принцип організації дозволяє виділити в живій природі окремі рівні, що зручно з точки зору вивчення життя як складного природного явища.

У медико-біологічній науці широко використовують класифікацію рівнів відповідно до найважливішими частинами, структурами і компонентами організму, які є для дослідників різних спеціальностей безпосередніми об'єктами вивчення. Такими об'єктами можуть бути організм як такої, органи, тканини, клітини, внутрішньоклітинні структури, молекули. Виділення рівнів розглянутої класифікації добре узгоджується з роздільною здатністю методів, якими користуються біологи і лікарі: вивчення об'єкта неозброєним оком, за допомогою лупи, светооптического мікроскопа, електронного мікроскопа, сучасних фізико-хімічних методів.

Взаємопроникнення ідей і методів різних областей природознавства (фізики, хімії, біології), виникнення наук на стику цих областей (біофізика, біохімія, молекулярна біологія) спричинили за собою розширення класифікації, аж до виділення молекулярного і електронно-атомного рівнів. Медико-біологічні дослідження, що проводяться на цих рівнях, вже зараз дають практичний вихід в охорону здоров'я. Так, прилади, засновані на явищах електронного парамагнітного і ядерного магнітного резонансу, з успіхом застосовують для діагностики захворювань і станів організму.

Можливість досліджувати фундаментальні біологічні процеси, що відбуваються в організмі, на клітинному, субклітинному і навіть молекулярному рівнях є видатною, але не єдиною відмінністю сучасної біології. Для неї типовий поглиблений інтерес до процесів в спільнотах організмів, які визначають планетарну роль життя.

Таким чином, класифікація поповнилася надорганізменного рівнями, такими, як видовий, биогеоценотический, біосферний.

Розібраної вище класифікації дотримується більшість конкретних медико-біологічних і антропобіологіческіх наук. Це не дивно, так як вона відображає рівні організації живої природи через історично сформовані рівні її вивчення. У завдання курсу біології медичного вузу входить дати найбільш повну характеристику біологічного «спадщини» людей. Для вирішення цього завдання доцільно скористатися класифікацією, найближче відображає саме рівні організації життя.

У названій класифікації виділяються молекулярно-генетичний, клітинний, Організменний, або онтогенетичний, популяційно-видовий, биогеоценотический рівні. Особливість даної класифікації полягає в тому, що окремі рівні ієрархічної системи життя визначаються в ній на загальній основі виділення для кожного рівня елементарної одиниці іелементарного явища. Елементарна одиниця-це структура або об'єкт, закономірні зміни яких, що позначаються як елементарне явище, складають специфічний для відповідного рівня внесок в процес збереження і розвитку життя. Відповідність виділяються рівнів ключових моментів еволюційного процесу, поза яким не варто жодна жива істота, робить їх загальними, що поширюються на всю область життя, включаючи людину.

В силу обмеженою стабільності молекул або помилок синтезу в ДНК (час від часу, але неминуче) трапляються порушення, які змінюють інформацію генів. У наступній редуплікаціі ДНК ці зміни відтворюються в молекулах-копіях і успадковуються організмами дочірнього покоління. Зазначені зміни виникають і тиражуються закономірно, що і робить редуплікацію ДНК конваріантной, тобто що відбувається іноді з деякими змінами. Такі зміни в генетиці отримали назву генних (або справжніх) мутацій. Конваріантной редуплікаціі, таким чином, є основою мутаційної мінливості.

Біологічна інформація, яка полягає в молекулах ДНК, не бере участь у процесах життєдіяльності. Вона переходить в діючу форму, будучи перенесена в молекули білків. Зазначений перенесення здійснюється завдяки механізму матричного синтезу, в якому вихідна ДНК служить, як і в випадку з редуплікацією, матрицею (формою), але для освіти не дочірньої молекули ДНК, а матричної РНК, яка контролює біосинтез білків. Зазначене дає підставу зарахувати матричний синтез інформаційних макромолекул також до елементарного явища на молекулярно-генетичному рівні організації життя.

Втілення біологічної інформації в конкретні процеси життєдіяльності вимагає спеціальних структур, енергії і різноманітних хімічних речовин (субстратів). Описані вище умови в живій природі забезпечує клітина, що служить елементарної структурою клітинного рівня. Елементарне явище представленореакціямі клітинного метаболізму, що складають основу потоків енергії, речовин та інформації. Завдяки діяльності клітини надходять ззовні речовини перетворюються в субстрати і енергію, які використовуються (відповідно до наявної генетичною інформацією) в процесі біосинтезу білків і інших з'єднань, необхідних організму. Таким чином, на клітинному рівні сполучаються механізми передачі біологічної інформації і перетворення речовин і енергії. Елементарне явище на цьому рівні служить енергетичної та речовинної основою життя на всіх інших рівнях її організації.

Елементарною одиницею організмі / того рівня являетсяособь в її розвитку від моменту зародження до припинення існування в якості живої системи, що дозволяє також назвати цей уровеньонтогенетіческім. Закономірні зміни організму в індивідуальному розвитку складають елементарне явище даного рівня. Ці зміни забезпечують зростання організму, диференціацію його частин і одночасно інтеграцію розвитку в єдине ціле, спеціалізацію клітин, органів і тканин. В ході онтогенезу в певних умовах зовнішнього середовища відбувається втілення спадкової інформації в біологічні структури і процеси, на основі генотипу формується фенотип організмів даного виду.

Елементарною одиницею популяції видового рівня служітпопуляція- сукупність особин одного виду. Об'єднання особин в популяцію відбувається завдяки общностігенофонда, використовуваного в процесі статевого розмноження для створення генотипів особин наступного покоління. Популяція в силу можливості міжпопуляційних схрещувань представляє собойоткритую генетичну систему. Дія на генофонд популяції елементарних еволюційних факторів, таких, як мутаційний процес, коливання чисельності особин, природний відбір, призводить до еволюційно значних змін генофонду, які представляють елементарні явища на даному рівні.

Організми одного виду населяють територію з відомими абиотическими показниками (клімат, хімізм ґрунтів, гідрологічні умови) і взаємодіють з організмами інших видів. У процесі спільного історичного розвитку на певній території організмів різних систематичних груп утворюються динамічні, стійкі в часі спільноти -біогеоценози, які служать елементарної едініцейбіогеоценотіческого (екосистемного) рівня. Елементарне явище на даному рівні представлено потоками енергії і круговоротами речовин. Провідна роль в цих круговоротах і потоках належить живим організмам. Біогеоценоз - це відкрита в матеріальному і енергетичному плані система. Біогеоценози, розрізняючи за видовим складом і характеристикам абиотической своєї частини, об'єднані на планеті в єдиний комплекс - область поширення життя, ілібіосферу.

Наведені вище рівні відображають найважливіші біологічні явища, без яких неможливі еволюція і, отже, саме існування життя. Хоча елементарні одиниці і явища на що виділяються рівнях різні, всі вони тісно взаємопов'язані, вирішуючи свою специфічну задачу в рамках єдиного еволюційного процесу. З конваріантной редуплікацією на молекулярно-генетичному рівні пов'язані елементарні основи цього процесу у вигляді явищ спадковості і істинної мутаційної мінливості. Особлива роль клітинного рівня полягає в енергетичному, матеріальному і інформаційному забезпеченні того, що відбувається на всіх інших рівнях. На онтогенетичної рівні біологічна інформація, що знаходиться в генах, перетворюється в комплекс ознак і властивостей організму. Виникає таким чином фенотип стає доступним дії природного відбору. На популяційно-видовому рівні визначається еволюційна цінність змін, що відносяться до молекулярно-генетичним, клітинному і онтогенетичного рівнями. Специфічна роль биогеоценотического рівня полягає в освіті спільнот організмів різних видів, пристосованих до спільного проживання в певному середовищі проживання. Важливою відмінною рисою таких спільнот є їх стійкість в часі.

Елементарні одиниці, елементарні явища на різних рівнях її організації.

Серед перерахованих вище властивостей дискретність, структурованість, матеріально-енергетична відкритість, протівоентропійная спрямованість характеризують в рівній мірі гени, клітини, особини, популяції, біогеоценози, проявляючись, таким чином, на всіх рівнях. Разом з тим така властивість, як наявність генотипу і фенотипу, прямо відноситься лише до організмовому рівні і, можливо, до клітинного. Неважко, однак, бачити, що і воно є загальним, що визначають життя як таку. Дійсно, генотипи являють собою сукупність генів. З іншого боку, генотипи особин, що належать однієї популяції, утворюють еегенофонд. Саме цей генофонд служить джерелом генотипів організмів кожного наступного покоління.

Біоценози, в свою чергу, являють собою не випадкові асоціації організмів різних видів, а історично сформовані спільноти взаімопріспособленіе організмів. Взаімопріспособленіе складалася в процесі еволюції живого населення певної території і закріплена спадково в генофондах відповідних популяцій. Сукупність таких генофондів составляетгенофонд біогеоценозу. Безпосередніми носіями біологічної (генетичної) інформації є нуклеїнові кислоти і білки, складові елементарну основу відповідно генотипу і фенотипу. З урахуванням міркуванні, наведених вище, наявність інформаційних макромолекул з повною підставою розглядають як специфічну загальну характеристику не тільки клітини або організму, але і життя в цілому.

Традиційно здатність до зростання як одна з властивостей живого відносять до організму, пов'язуючи його з індивідуальним розвитком останнього. Насправді закономірні цикли розвитку, що включають зміни розмірів, характеризують елементарні структури всіх рівнів. Редуплікація ДНК, освіту четвертинних структур білків за рахунок об'єднання окремих поліпептидів в функціональний комплекс, зростання клітини між поділами і особини в процесі онтогенезу, зміна чисельності особин в популяції, сукцесія біогеоценозу з досягненням ним клімаксного стану -ось приклади, що обґрунтовують можливість застосувати названого властивості до всієї області життя.

Результатом закономірних циклів розвитку елементарні структур різних рівнів організації життя нерідко, дійсно, буває збільшення їх кількості, тобто розмноження в буквальному сенсі. Редуплікація призводить до збільшення числа молекул ДНК, клітинні цикли -кількості клітин, розмноження на популяційному рівні число особин. Разом з тим розмноження в біологічному розумінні це обов'язково відтворення в певних межах коливань певної внутрішньої організації. Принцип відтворення «собі подібного» лежить в основі збереження в часі елементарних структур усіх рівнів і, отже, тих елементарних явищ, які з ними пов'язані. На молекулярно-генетичному рівні це подвійна спіраль ДНК, клітинному клітинами, онтогенетическом -особлива даного біологічного виду, популяції видовому -популяція з властивим їй генофондом, віковий і статевий структурою, биогеоценотическом -визначення видовий склад, що включає продуценти, консументи, деструктори.

Будь-яка упорядкованість виникає на основі інформації, яка і відтворюється у відповідній структурі. Первинна біологічна інформація записана в молекулах нуклеїнових кислот. Розрахунки показують, однак, що її однієї недостатньо для кодування всього різноманіття живих структур від білкових молекул до різних біоценозів. Необхідна додаткова інформація з'являється в біологічних структурах в процесі їх розвитку внаслідок того, що вони є здатними до самоорганізації системами. Закони, яким слідують ці системи, вивчає міждисциплінарний напрямок науки - синергетика.

Самоорганізуються, відрізняються низькими значеннями ентропії, тобто знаходяться далеко від стану термодинамічної рівноваги. Подібне нерівноважний стан підтримується завдяки потокам енергії і речовин, що проходять через названі системи. Процеси в самоорганізованих системах супроводжуються розсіюванням енергії, в зв'язку з чим їх називають диссипативними.

Важлива риса дисипативних систем -целостность. Вона проявляється в тому, що поведінка елементів в цих системах визначається в більшій мірі структурою самої системи і в меншій -їх власними властивостями. У своєму розвитку системи проходять ряд стійких станів, розділених періодами нестійкості, з якими пов'язане виникнення нової інформації. У кожному з таких періодів можливий вибір між кількома варіантами подальшого розвитку, проте в цілому процесу розвитку свойственнаеквіфінальность, тобто закономірне досягнення певного кінцевого результату. У періоди нестійкості система відрізняється підвищеною чутливістю до дії різноманітних факторів (критичні періоди).

Описаними вище рисами мають такі біологічні системи, як геном, клітина, організм, популяція, біогеоценоз. Всім їм притаманна здатність до відтворення власної структури.

В основі проявів життя як особливого явища лежить генетична інформація ДНК клітин. В ході розгортання цієї інформації за законами, характерним для самоорганізованих дисипативних систем, відтворюється ієрархія біологічних структур відповідно головним рівням організації життя з типовими для них елементарними одиницями і явищами. Завдяки останнім відбувається процес еволюції живої природи, який зберігає життя на планеті ось уже понад 3,5 млрд. років.

Органічна матерія - складна впорядкована єдина система (!, 5 млн. Видів). Вона складається з взаємозв'язаних рівнів, що взаємодіють і взаємовпливають один на одного. Вони можуть бути різної величини, висоти. Поняття середовища для кожного рівня різному. Основний рівень - той, до якого людина відносить себе сам - неправильна точка зору. Існують різні підходи до рівнів організації.

Біосферології - біосферний

Еволюційна теорія видів - видовий, популяційний

Ботаніка, зоологія, анатомія - організменний

Біологія клітини - клітинний

Молекулярна біологія - молекулярний

Субмолекулярного біологія - електронно-генетичний

Молекулярно - генетичний рівень

У всіх живих організмів (крім РНК-вірусів) спадкова інформація міститься в ДНК. В якості постачальника енергії використовують хімічні сполуки (наприклад, АТФ). АТФ у всіх організмів утворюється в схожих шляхах. Гени з'єднуються в групи зчеплення на хромосомах.

Клітка - цілісна біологічна система зі зв'язками, жорстко фіксованими. Клітка - основна структурна і жива одиниця живого. Клітка може існувати ізольовано і незалежно. Всі організми складаються з клітин. Рівень організації найпростіших збігається з організмовому рівні. Зигота багатоклітинного організму - одна клітина, але організменний рівень.

Тканина - сукупність клітин і міжклітинної речовини, клітини мають однакову будову, походження і функції. З'являється у багатоклітинних організмів, розвивається в онтогенезі в процесі диференціювання клітин і закладки органів. Типи тканин однакові для всіх тварин.

Утворюється в результаті онтогенезу, філогенезу через диференціації та об'єднання груп клітин воєдино.