Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 10 клас. Андерсон - Нова програма

§ 2. Фундаментальні властивості живого

Дайте означення поняття життя.

За якими ознаками можна відрізнити живий об’єкт від неживого?

Протягом багатьох століть біологія досліджує різні вияви життя, але навіть на сучасному етапі її розвитку важко дати чітке й стисле означення поняття живого.

Поняття про живе. Живе характеризується сукупністю ознак, відомих вам з попередніх курсів біології: обміном речовин та енергії з навколишнім середовищем, сталістю внутрішнього середовища, розмноженням, ростом, розвитком, подразливістю й адаптацією до умов існування. Жива й нежива природа побудовані з однакових атомів, але співвідношення їх відрізняється, що зумовлено здатністю біологічних систем підтримувати сталість внутрішнього середовища (рис. 5). На молекулярному рівні відмінність між живою та неживою природою суттєва - нуклеїнові кислоти та білки утворюються лише в живих об’єктах, забезпечуючи збереження спадкової інформації та її реалізацію. Біологічні системи є відкритими, тобто існують завдяки енергії, яку вони отримують з навколишнього середовища. Тому можна навести такий варіант означення поняття живого.

Живе - це відкрита система, ключовими складниками якої є білки та нуклеїнові кислоти зі здатністю до самооновлення, саморегуляції та самовідтворення.

В означенні запропоновані фундаментальні властивості живого, зумовлені вищезазначеними ознаками біологічних систем.

Рис. 5. Уміст деяких хімічних елементів в організмі людини, морській воді та земній корі

Проаналізуйте схему.

Визначте хімічні елементи, за вмістом яких організм людини подібний до морської води. Визначте хімічний елемент, якого найбільше в складі всіх трьох об’єктів.

Фундаментальні властивості живого. Усім живим істотам властивий обмін речовин — сукупність керованих хімічних реакцій, унаслідок яких організм одержує та перерозподіляє енергію, синтезує необхідні для життєдіяльності речовини. Надалі речовини, утворені організмом, рано чи пізно підлягають розщепленню, а це зумовлює необхідність постійного самооновлення. В основі самооновлення лежать реакції синтезу, тобто утворення нових молекул і структур на основі спадкової інформації, збереження та реалізація якої забезпечується функціонуванням нуклеїнових кислот (рис. 6).

Самооновлення - властивість біологічних систем утворювати нові складові частини замість старих на основі спадкової інформації, збереження та реалізація якої забезпечується функціонуванням нуклеїнових кислот.

Біологічна система (клітина, організм, популяція, екосистема тощо) складається з відособлених або обмежених у просторі складових (органел, органів, особин, видів), які взаємодіють між собою. Але така взаємодія можлива лише за стану рівноваги внутрішнього середовища. Тому необхідною умовою стабільного розвитку та функціонування біологічних систем є підтримка гомеостазу - відносної сталості складу та властивостей внутрішнього середовища, у якому відбуваються біологічні процеси.

Складові біологічної системи взаємодіють не ізольовано від навколишнього середовища, тому сталість внутрішнього середовища безперервно порушується. Але й так само безперервно відновлюється завдяки здатності біологічних систем підтримувати гомеостаз - саморегуляції.

Саморегуляція - властивість біологічних систем підтримувати та відновлювати відносну сталість свого складу й перебігу функціональних процесів після їхньої зміни.

Рис. 6. Принцип реалізації спадкової інформації

Назвіть процеси (1, 2), які лежать в основі реалізації спадкової інформації. Поясніть роль нуклеїнових кислоту самооновленні біологічних систем.

Сигналами для корекції стану організму можуть бути відхилення від оптимальних значень важливих параметрів - концентрації різноманітних речовин, температури та інших показників життєдіяльності. Саморегуляція в біологічних системах завжди ґрунтується на принципі зворотного зв’язку, коли результат певного процесу впливає на його перебіг. На кожному рівні організації є свої особливості саморегуляції.

На молекулярному рівні прикладом можуть слугувати ферментативні реакції, у яких кінцевий продукт негативно впливає на активність ферменту - у такій біохімічній системі автоматично підтримується певна концентрація продукту реакції. Для клітини важливо збереження певного значення концентрації різних речовин. Прикладом саморегуляції є підтримка певної концентрації йонів у клітині внаслідок функціонування плазматичної мембрани (згадайте роботу натрій-калієвого насосу).

Вивчення еволюції тваринного і рослинного світу дає зрозуміти, як ускладнення будови тіл супроводжувалося вдосконаленням механізмів саморегуляції на організмовому рівні. Підтримка гомеостазу на цьому рівні забезпечується координацією діяльності систем органів, які підтримують гомеостаз: травлення, дихання, виділення, кровообігу тощо. Така координація забезпечується нервовими, гуморальними та імунними механізмами (пригадайте приклади саморегуляції з курсу біології людини).

Саморегуляція на рівні екосистеми полягає в підтримці сталості видового складу та чисельності організмів. Найзгубніше впливають на надорганізмові біологічні системи фактори, інтенсивність дії яких змінюється неперіодично або виходить за межі витривалості. Зазвичай це стосується антропогенних факторів. Нераціональна діяльність людини може порушувати баланс природних процесів, спричинюючи незворотні зміни в екосистемах (рис. 7).

Рис. 7. Приклади впливу людини на екосистеми

Полезахисні лісосмуги

Сільськогосподарські угіддя й утворення ярів

У якому із зображених прикладів порушено баланс природних процесів? Відповідь обґрунтуйте. Наведіть приклади збереження балансу внаслідок діяльності людини.

Сьогодні придатних для сільського господарства родючих земель на планеті залишилося 2,5 млрд га. За останнє сторіччя через ерозію ґрунтів у світі було виведено з обороту 23 % родючих земель. Визначте, за який час людство втратить придатні для використання землі, якщо не змінить стратегії й тактики своєї поведінки.

У процесі існування живі системи не тільки підтримуються та оновлюються, а й відтворюють себе, даючи початок іншим живим системам. Відтак життя можна уявити як безперервний процес виникнення з одних життєвих форм інших. У цьому процесі, адаптуючись до змін умов існування, життєві форми можуть набувати змін, що ми називаємо еволюцією (§ 44).

Самовідтворення - здатність біологічних систем до відтворення собі подібних, в основі якої лежить передавання між поколіннями генетичної інформації.

Як ви вже знаєте, спадкова інформація закодована послідовністю нуклеотидів молекули ДНК. Утворення копій цієї молекули (реплікація) є основою передавання спадкової інформації нащадкам. Реплікація відбувається на молекулярному рівні організації живого і забезпечує самовідтворення на всіх інших. Унаслідок подвоєння ДНК дочірні клітини під час поділу отримують гени від материнської клітини.

Соматичні та статеві клітини забезпечують нестатеве та статеве розмноження, тобто самовідтворення на організмовому рівні. Розмноження є необхідною умовою існування будь-якого біологічного виду, забезпечуючи підтримку або збільшення його чисельності. Відтворення організмів різних видів уможливлює існування екосистемного та біосферного рівнів організації.

Самооновлення, саморегуляція та самовідтворення є фундаментальними властивостями, завдяки яким життя існує тривалий час. Проте негативний вплив діяльності людини на організми та середовище їх існування здатен порушувати існування життя на всіх рівнях його організації (рис. 8). Через це нам з вами треба усвідомлювати власну відповідальність за майбутнє нашої планети.

Рис. 8. Негативний вплив діяльності людини на самовідтворення екосистем

Унаслідок знищення лісів відбувається затоплення території в Камбоджі (супутникові зйомки з космосу, 2002 рік).

Знищення лісів на острові Борнео призводить до руйнації ґрунтів.

Опишіть негативні наслідки знищення лісів для біосферного рівня організації живого.

Ваша поведінка в ситуації.

«Ви помітили, що в парку вирубують здорові і молоді дерева. Що ви зробите?»

1. Дайте означення поняття живого.

2. Назвіть фундаментальні властивості живого.

3. Схарактеризуйте властивості живого: самооновлення, саморегуляцію, самовідтворення.