Підручник з Біології і екології. 10 клас. Остапченко - Нова програма

§ 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ЖИВОГО

Пригадайте, що таке мікроеволюція, видоутворення та макроеволюція. Що таке адаптації? Яке їхнє значення в еволюції організмів? Що таке гомеостаз?

Незважаючи на бурхливий розвиток біологічних наук, застосування методів генної та клітинної інженерії, електронної мікроскопії та складної обчислювальної техніки, сутність життя досі залишається загадкою. Біологія досліджує різні прояви життя протягом багатьох століть, але й на сучасному етапі її розвитку важко дати чітке та стисле визначення цього поняття. Сучасна наука ще є далекою від відповіді на запитання, як життя з’явилося на нашій планеті. Тому перелічимо основні властивості, притаманні живій матерії, зауваживши при цьому, що функціонування біологічних систем ґрунтується на тих самих фізичних законах, які притаманні й неживій природі.

Цікаво знати

Група американських учених під керівництвом Крейга Вентера (першовідкривача генома людини) 2010 року створила першу штучну живу клітину. Команда Вентера не створила «життя» з нічого. Клітину сформовано на основі штучної ДНК та штучно створеної хромосоми, тобто в експерименті було штучно синтезовано геном. Робота з вирощування штучної клітини дала змогу краще дослідити, як працюють живі клітини.

Здатність еволюціонувати. Усе різноманіття біологічних систем на різних рівнях організації живої матерії — біорізноманіття — сформувалося у процесі тривалої (протягом мільярдів років) еволюції живої матерії. Зазвичай еволюційні перетворення пов’язані з ускладненням організації біологічних систем і лише в деяких випадках — зі спрощенням (як-от, в організмів, що переходять до паразитичного або прикріпленого способу життя).

Здатність до адаптацій. Процес еволюції біологічних систем пов’язаний з формуванням у них адаптацій до умов існування.

Адаптації — це виникнення пристосувань у відповідь на зміни, які відбуваються в зовнішньому чи внутрішньому середовищі організму (мал. 3.1).

Мал. 3.1. Приклади захисних адаптацій тварин. Завдання: оцініть значення наведених на малюнку адаптацій для виживання виду

Запам’ятаємо

Генетично зумовлена здатність біологічних систем адаптуватися до нових умов мешкання має назву адаптивний потенціал. Що краще виражена здатність організмів формувати нові адаптації, то більше шансів у них вижити за певних змін умов мешкання.

Адаптації виникають на всіх рівнях організації живої матерії: від молекулярного до надорганізмового. Так, вивчаючи віруси — біологічні системи, що перебувають на молекулярному рівні організації, ви дізнаєтеся про певні адаптації до проникнення вірусних частинок у клітини організму хазяїна. Осінній листопад є прикладом адаптацій надвидових біологічних систем — екосистем широколистих лісів — до переживання несприятливого зимового періоду.

Співвідношення органогенних хімічних елементів. Біологічні системи різного рівня організації мають подібний хімічний склад. Насамперед це стосується співвідношення хімічних елементів, які називають органогенними (пригадайте чому). Це Гідроген, Карбон, Нітроген та Оксиген. Крім того, для біологічних систем різного рівня організації характерні біополімери (полісахариди, білки, нуклеїнові кислоти тощо).

Клітинна будова організмів. Біологічні системи, які перебувають на організмовому рівні організації живої матерії, складаються з окремих структурно-функціональних одиниць — клітин. Неклітинні форми життя — віруси, віроїди — здатні проявляти життєдіяльність лише всередині клітин тих організмів, у яких вони паразитують.

Обмін речовин та енергії. Біологічні системи відкриті, тобто постійно обмінюються речовинами та енергією з навколишнім середовищем (мал. 3.2). Отже, вони можуть тривалий час функціонувати лише за умов надходження іззовні енергії та поживних речовин. Процеси обміну речовин (метаболізму) становлять собою суму фізичних і хімічних процесів, що відбуваються як в окремих клітинах, так і в цілісному багатоклітинному організмі.

Мал. 3.2. Клітина — універсальна біохімічна лабораторія, у якій повсякчас відбувається багато хімічних і фізичних процесів

Здатність біологічних систем до саморегулювання. Обмін речовин та перетворення енергії забезпечують підтримання гомеостазу — здатності біологічних систем зберігати відносну сталість свого складу та властивостей за змін умов навколишнього середовища. На організмовому рівні це забезпечують особливі регуляторні системи (у тварин — нервова, ендокринна та імунна, у рослин і грибів — різноманітні біологічно активні речовини: вітаміни, фітогормони, фітонциди, антибіотики).

Здатність до підтримання своєї специфічної структури. Усім біологічним системам — від неклітинних форм життя до біосфери — притаманна чітка внутрішня організація. Тому існують специфічні механізми, спрямовані на її підтримання. Наприклад, молекули ДНК здатні до репарації — відновлення своєї специфічної будови після ушкоджень. Після незначних ушкоджень можуть відновлюватися клітинні мембрани. За допомогою регенерації багатоклітинні тварини та рослини можуть відновлювати втрачені або пошкоджені частини.

Здатність до самооновлення. Під час свого існування біологічні системи різного рівня організації постійно самооновлюються. Адже кожна молекула, клітина або окремий організм живуть лише певний час. Тому їм на зміну мають виникати нові.

Здатність до самовідтворення — найважливіша риса, що відрізняє живе від неживого. Організми відтворюють собі подібних, тобто розмножуються. Завдяки цьому існують не лише окремі види, а й життя взагалі. Здатність до самовідтворення притаманна й молекулам нуклеїнових кислот (ДНК та РНК). Їхня універсальна здатність до самоподвоєння — реплікації — є підґрунтям самовідтворення біологічних систем різного рівня організації (мал. 3.3).

Мал. 3.3. Реплікація молекули ДНК: за участю ферменту розплітається подвійна спіраль ДНК (1) і на кожному материнському ланцюзі за принципом комплементарності добудовується дочірній (2)

Здатність біологічних систем до розвитку. У процесі індивідуального розвитку (онтогенезу) організми ростуть і розвиваються: з ними відбуваються якісні зміни, пов’язані з набуттям нових рис будови та особливостей функціонування (мал. 3.4, 1). Історичний розвиток виду (або систематичної одиниці вищого рангу) у часі має назву філогенез (мал. 3.4, 2).

Мал. 3.4. Приклади індивідуального (онтогенез) та історичного (філогенез) розвитку організмів: 1 — онтогенез метелика. Завдання: пригадайте стадії розвитку цієї комахи; 2 — філогенетичний ряд коня від далекого предка до сучасного

Запам'ятаємо

Здатність до розвитку — це загальна властивість не лише окремих організмів, але й надорганізмових систем. Наприклад, біосфера пройшла тривалий і складний шлях історичного розвитку, під час якого вона зазнавала значних змін.

Збереження спадкової інформації та її передача нащадкам під час розмноження забезпечує стабільність існування видів. Водночас живим істотам притаманна й мінливість — здатність набувати нових ознак протягом індивідуального та історичного розвитку. Завдяки мінливості організмів створюються передумови для виникнення як нових видів, так і систематичних одиниць вищого рангу. Біологічним системам притаманний універсальний шлях передачі та реалізації спадкової інформації.

У всіх клітин і багатоклітинних організмів спадкова інформація кодується у вигляді послідовності нуклеотидів молекул ДНК, з них переписується на молекули матричної РНК. Далі вона реалізується синтезуванням відповідних білкових молекул. Лише в неклітинних форм життя — вірусів — ця схема може змінюватися: у них можливе переписування спадкової інформації з однієї молекули РНК на іншу або з молекули РНК на ДНК.

Здатність сприймати подразники зовнішнього та внутрішнього середовища і певним чином на них реагувати має назву подразливість. У тварин реакції на подразники, які здійснюються за участі нервової системи, називають рефлексами (наведіть приклади подразливості в рослин і тварин).

Здатність до рухів. Ви вже знаєте, що рухи часто є реакцією у відповідь на дію різних подразників. Рух властивий не лише тваринам, а й рослинам. Пригадайте листкову мозаїку, коли листкові пластинки рослин розташовуються так, щоб бути максимально освітленими. Багато мікроскопічних бактерій, одноклітинних еукаріотичних організмів рухаються у воді за допомогою органел руху — джгутиків. Цитоплазма клітин перебуває в постійному русі, що забезпечує зв’язки між усіма її компонентами.

Запам'ятаємо

Організми та надорганізмові системи становлять собою цілісні біологічні системи, здатні до самооновлення, саморегуляції та самовідтворення.

Ключові терміни та поняття

біорізноманіття, адаптивний потенціал, філогенез.

Перевірте здобуті знання

1 Чому для біологічних систем важливе значення має їхня здатність до формування адаптацій? 2. Чому існування біологічних систем різного рівня організації неможливе без підтримання гомеостазу? 3. Чому біологічні системи належать до відкритих? Спробуйте довести, що екосистеми є відкритими системами. 4. Яка роль подразливості в забезпеченні нормального існування організмів? 5. Чому без спадкової мінливості еволюція живої матерії була б неможливою?

Поміркуйте

Рухи в більшості багатоклітинних тварин забезпечують м’язові клітини. Які механізми забезпечують рухи в рослин?