Рівні організації живого

В організації живого в основному розрізняють молекулярний, клітинний, тканинний, органний, організменний, популяційний, видовий, биоценотический і глобальний (біосферний) рівні. На всіх цих рівнях виявляються всі властивості, характерні для живого. Кожен з цих рівнів характеризується особливостями, притаманними іншим рівням, але кожному рівню притаманні власні специфічні особливості.

Молекулярний рівень. Цей рівень є глибинним в організації живого і представлений молекулами нуклеїнових кислот, білків, вуглеводів, ліпідів, і стероїдів, які перебувають в клітинах і, як уже зазначено, що одержали назву біологічних молекул.

Розміри біологічних молекул характеризуються досить значною різноманітністю, яке визначається займаним ними простором в живій матерії. Найменшими біологічними молекулами є нуклеотиди, амінокислоти і цукру. Навпаки, білкові молекули характеризуються значно більшими розмірами. Наприклад, діаметр молекули гемоглобіну людини становить 6,5 нм.

Біологічні молекули синтезуються з низькомолекулярних попередників, якими є окис вуглецю, вода і атмосферний азот і які в процесі метаболізму перетворюються через проміжні сполуки зростаючої молекулярної маси (будівельні блоки) в біологічні макромолекули з великою молекулярною масою (рис. 42). На цьому рівні починаються і здійснюються найважливіші процеси життєдіяльності (кодування і передача спадкової інформації, дихання, обмін речовин і енергії, мінливість та ін.).

Фізико-хімічна специфіка цього рівня полягає в тому, що до складу живого входить велика кількість хімічних елементів, але основний елементарний склад живого представлений вуглецем, киснем, воднем, азотом. З груп атомів утворюються молекули, а з останніх формуються складні хімічні сполуки, що розрізняються за будовою і функціями. Більшість цих сполук в клітинах представлено нуклеїновими кислотами і білками, макромолекули яких є полімерами, синтезованими в результаті утворення мономерів, і з'єднання останніх в певному порядку. Крім того, мономери макромолекул в межах одного і того ж з'єднання мають однакові хімічні угруповання і з'єднані за допомогою хімічних зв'язків між атомами їх неспецифічних частин (ділянок).

Все макромолекули універсальні, т. К. Побудовані за єдиним планом незалежно від їх видової приналежності. Будучи універсальними, вони одночасно і унікальні, бо їх структура неповторна. Наприклад, до складу нуклеотидів ДНК входить по одному азотистій підставі з чотирьох відомих (аденін, гуанін, цитозин і тимін), внаслідок чого будь-який нуклеотид або будь-яка послідовність нуклеотидів в молекулах ДНК неповторні за своїм складом, так само як неповторна також і вторинна структура молекули ДНК. До складу більшості білків входить 100-500 амінокислот, але послідовності амінокислот в молекулах білків неповторні, що робить їх унікальними.

Об'єднуючись, макромолекули різних типів утворюють надмоле-кулярние структури, прикладами яких є нуклеопроте-іди, що представляють собою комплекси нуклеїнових кислот і білків, ліпопротеїди (комплекси ліпідів і білків), рибосоми (комплекси нуклеїнових кислот і білків). У цих структурах комплекси пов'язані нековалентно, однак Нековалентні зв'язування дуже специфічне. Біологічним макромолекулам притаманні безперервні перетворення, які забезпечуються хімічними реакціями, що каталізує ферментами. У цих реакціях ферменти перетворюють субстрат в продукт реакції протягом виключно короткого часу, яке може становити кілька мілісекунд або навіть мікросекунд. Так, наприклад, час розкручування двухцепочечной спіралі ДНК перед її реплікацією становить всього лише кілька мікросекунд.

Біологічна специфіка молекулярного рівня визначається функціональної специфічністю біологічних молекул. Наприклад, специфічність нуклеїнових кислот полягає в тому, що в них закодована генетична інформація про синтез білків. Цим властивістю не володіють інші біологічні молекули.

Специфічність білків визначається специфічною послідовністю амінокислот в їх молекулах. Ця послідовність визначає далі специфічні біологічні властивості білків, т. К. Вони є основними структурними елементами клітин, каталізаторами і регуляторами різних процесів, що протікають в клітинах. Вуглеводи і ліпіди є найважливішими джерелами енергії, тоді як стероїди у вигляді стероїдних гормонів мають значення для регуляції ряду метаболічних процесів.

Специфіка біологічних макромолекул визначається також і тим, що процеси біосинтезу здійснюються в результаті одних і тих же етапів метаболізму. Більше того, біосинтезу нуклеїнових кислот, амінокислот і білків протікають за подібною схемою у всіх організмів незалежно від їх видової приналежності. Універсальними є також окислення жирних кислот, Глік-ліз і інші реакції. Наприклад, гліколіз відбувається в кожній живій клітині всіх організмів-еукаріотів і здійснюється в результаті 10 послідовних ферментативних реакцій, кожна з яких каталізується специфічним ферментом. Всі аеробні організми-еукаріоти мають молекулярними «машинами» в їх мітохондріях, де здійснюється цикл Кребса і інші реакції, пов'язані із звільненням енергії. На молекулярному рівні відбувається багато мутації. Ці мутації змінюють послідовність азотистих основ у молекулах ДНК.

На молекулярному рівні здійснюється фіксація променевої енергії і перетворення цієї енергії в хімічну, що запасається в клітинах у вуглеводах і інших хімічних сполуках, а хімічної енергії вуглеводів і інших молекул - в біологічно доступну енергію, що запасається у формі макроенергетичних зв'язків АТФ. Нарешті, на цьому рівні відбувається перетворення енергії макроергічних фосфатних зв'язків в роботу - механічну, електричну, хімічну, осмотичну, механізми всіх метаболічних і енергетичних процесів універсальні.

Біологічні молекули забезпечують також спадкоємність між молекулярним і наступним за ним рівнем (клітинним), т. К. Є матеріалом, з якого утворюються надмолекуляр-ні структури. Молекулярний рівень є «ареною» хімічних реакцій, які забезпечують енергією клітинний рівень.

Клітинний рівень. Цей рівень організації живого представлений клітинами, що діють в якості самостійних організмів (бактерії, найпростіші і інші), а також клітинами багатоклітинних організмів. Найголовніша специфічна риса цього ^ рівня полягає в тому, що з нього починається життя. Будучи здатними до життя, росту і розмноження, клітини є ос-іовной формою організації живої матерії, елементарними еди-віцамі, з яких побудовані всі живі істоти (прокаріоти і еукаріоти). Між клітинами рослин і тварин немає принципових відмінностей за структурою і функціями. Деякі відмінності стосуються лише будови їх мембран і окремих органел. Помітні відмінності в будові є між клітинами-прокариотами і клітинами організмів-еукаріотів, але у функціональному плані ці відмінності нівелюються, бо скрізь діє правило «клітина від клітини». Надмолекулярні структури на цьому рівні формують мембранні системи і органели клітин (ядра, мітохондрії і ін.).

Специфічність клітинного рівня визначається спеціалізацією клітин, існуванням клітин в якості спеціалізованих одиниць багатоклітинного організму. На клітинному рівні відбувається розмежування та впорядкування процесів життєдіяльності в просторі і в часі, що пов'язано з приуроченість функцій до різних субклітинних структур. Наприклад, у клітин еукаріотів значно розвинені мембранні системи (плазматична мембрана, цитоплазматическая мережу, пластинчастий комплекс) і клітинні органели (ядро, хромосоми, центриоли, мітохондрії, пластиди, лізосоми, рибосоми).

Мембранні структури є «ареною» найважливіших життєвих процесів, причому двошарове будову мембранної системи значно збільшує площу «арени». Крім того, мембранні структури забезпечують відділення клітин від навколишнього середовища, а також просторове розділення в клітинах багатьох біологічних молекул. Мембрана клітин має Високовибірково проникністю. Тому їх фізичний стан дозволяє постійне дифузне рух деяких з містяться в них молекул білків і фосфоліпідів. Крім мембран загального призначення в клітинах існують внутрішні мембрани, які обмежують клітинні органели.

Регулюючи обмін між клітиною і середовищем, мембрани мають рецептори, які сприймають зовнішні стимули. Зокрема, прикладами сприйняття зовнішніх стимулів є сприйняття світла, рух бактерій до джерела їжі, відповідь клітин-мішеней на гормони, наприклад, на інсулін. Деякі з мембран одночасно самі генерують сигнали (хімічні та електричні). 'Чудовою особливістю мембран є те, що на них відбувається перетворення енергії. Зокрема, на внутрішніх мембранах хлоропластів відбувається фотосинтез, тоді як на внутрішніх мембранах мітохондрії здійснюється окисне фосфорилювання.

Компоненти мембран знаходяться в русі. Побудованим головним чином з білків і ліпідів, мембран притаманні різні перебудови, що визначає подразливість клітин - найважливіша властивість живого.

Тканинної рівень представлений тканинами, що поєднують клітини певного будови, розмірів, розташування і східних функцій. Тканини виникли в ході історичного розвитку разом з многоклеточ-ністю. У багатоклітинних організмів вони утворюються в процесі онтогенезу як наслідок диференціації клітин. У тварин розрізняють кілька типів тканин (епітеліальна, сполучна, м'язова, нервова, а також кров і лімфа). У рослин розрізняють меристематичних, захисну, основну і провідну тканини. На цьому рівні відбувається спеціалізація клітин.

Органний рівень. Представлений органами організмів. У найпростіших травлення, дихання, циркуляція речовин, виділення, пересування і розмноження здійснюються за рахунок різних орга-нелл. У більш досконалих організмів є системи органів. У рослин і тварин органи формуються за рахунок різної кількості тканин. Для хребетних характерна цефализация, що захищається в зосередженні найважливіших центрів і органів чуття в голові.

Організменний рівень. Цей рівень представлений самими організмами - одноклітинними і багатоклітинними організмами рослинної і тваринної природи. Специфічна особливість орга-низинного рівня полягає в тому, що на цьому рівні відбувається декодування і реалізація генетичної інформації, створення структурних і функціональних особливостей, властивих організмам даного виду. Організми унікальні в природі, тому що унікальний їх генетичний матеріал, що детермінують розвиток, функції і взаємовідношення їх з навколишнім середовищем.

Популяційний рівень. Рослини і тварини не існують ізольовано; вони об'єднані в популяції. Створюючи надорганіз-менную систему, популяції характеризуються певним генофондом і певним місцем проживання. У популяціях починаються і елементарні еволюційні перетворення, відбувається вироблення адаптивної форми.

Видовий рівень. Цей рівень визначається видами рослин, тварин і мікроорганізмів, що існують в природі в якості живих ланок. Популяційний склад видів надзвичайно різноманітний. У складі одного виду може бути від однієї до багатьох тисяч популяцій, представники яких характеризуються різним місцем життя і займають різні екологічні ніші. Види являють собою результат еволюції і характеризуються сменяемостью. Нині існуючі види не схожі на види, що існували в минулому. Вид є також одиницею класифікації живих істот.

Біоценотіческій рівень. Представлений биоценозами - спільнотами організмів різної видової приналежності. У таких спільнотах організми різних видів в тій чи іншій мірі залежать один від іншого. В ході історичного розвитку склалися біогеоценози (екосистеми), які представляють собою системи, що складаються з взаємозалежних спільнот організмів і абіотичних факторів середовища. Екосистемам притаманне динамічне (рухливе) рівновага між організмами і абіотичних факторів. На цьому рівні здійснюються матеріально-енергетичні кругообіг, пов'язані з життєдіяльністю організмів.

Біосферний (глобальний) рівень. Цей рівень є вищою формою організації живого (живих систем). Він представлений біосферою. На цьому рівні здійснюється об'єднання всіх матеріально-енергетичних кругообігів в єдиний гігантський біосферний кругообіг речовин і енергії.

Між різними рівнями організації живого існує діалектична єдність, живе організовано за типом системної організації, основу якої становить ієрархічність систем. Перехід від одного рівня до іншого пов'язаний зі збереженням функціональних механізмів, що діють на попередніх рівнях, і супроводжується появою структури і функцій нових типів, а також взаємодії, що характеризується новими особливостями, т. Е. Пов'язаний з появою нової якості.

Питання для обговорення

1. У чому полягає загальний методологічний підхід до розуміння сутності життя? Коли він виник і в зв'язку з чим?

2. Чи можна визначити сутність життя? Якщо так, то в чому полягає це визначення і які його наукові обгрунтування?

3. Чи можлива постановка питання про субстраті життя?

4. Назвіть властивості живого. Вкажіть, які з цих властивостей характерні для неживого і які тільки для живого.

5. Яке значення для біології має підрозділ живого на рівні організації? Чи має такий підрозділ практичне значення?

6. Якими загальними рисами характеризуються різні рівні організації живого?

7. Чому нуклеопротеїни вважають субстратом життя і за яких умов вони виконують цю роль?

Вірна Д. Виникнення життя М. Мир. 1969. 391 стр.

Опарін А. В. Матерія, життя, інтелект. М. Наука. 1977. 204 стор

Пехов А. П. Біологія і науково-технічний прогрес. М. Знання. 1984. 64 стр.