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

Найпотаємніше на Землі, поки що унікальне у Всесвіті та найважче для розуміння..., — це ЖИТТЯ.

З довідника біології

§ 3. ВЛАСТИВОСТІ ЖИВОГО

Основні поняття й ключові терміни: ЖИТТЯ. Саморегуляція. Самооновлення. Самовідтворення.

Пригадайте! Що таке біосистеми?

Поміркуйте!

«Папороть, що росте в лісі, — жива система? Безперечно. А морозяні візерунки на шибці? Певно, ви здогадаєтесь, що ні, хоча зовні вони бувають схожі на листки папороті. Яка ж відмінність між першим і другим? Якщо на замерзлу шибку впаде сонячний промінь, то крижана папороть розтане, а справжня саме завдяки сонячному світлу ростиме й розвиватиметься, бо поглинає його енергію». Які особливості біосистем відрізняють їх від фізичних чи хімічних систем?

ЗМІСТ

У чому суть визначальних ознак біосистем?

Організація біосистем пов'язана з внутрішньою впорядкованістю структури й процесів, для підтримання якої усі живі системи можуть вивільняти, перетворювати й використовувати енергію ззовні. Крім того, живе здатне не лише підтримувати, а й збільшувати свої енергетичні запаси. Як відзначав відомий біохімік В. О. Енгельгардт (1894—1984), саме «у здатності живого створювати порядок із хаотичного теплового руху молекул полягає найглибша, корінна відмінність живого від неживого». Проявами цієї найзагальнішої властивості живого є всі інші ознаки біосистем, що відрізняють їх від фізичних чи хімічних систем.

Усі біосистеми є відкритими, тому що постійно обмінюються із середовищем речовинами, енергією та інформацією, а в закритих неживих систем такого обміну не відбувається. Так, рослинний організм отримує із середовища світлову, звукову, хімічну інформацію, поживні речовини, сонячну енергію, а віддає в середовище кисень, воду, тепло.

Будь-якій біосистемі властиві механізми саморегуляції, що забезпечує їхню впорядкованість й стійкість у часі. Саморегуляція біосистем виявляється у здатності підтримувати динамічну сталість свого внутрішнього стану (гомеостаз). Механізми саморегуляції дуже різноманітні у біосистемах, вони забезпечують функцію керування відповідно до умов довкілля і виявляються на всіх рівнях організації життя. Наприклад, концентрація речовин у клітинах регулюється наявністю та змінною активністю ферментів, у організмів досліджено гуморальні, нервові та імунні механізми регуляції, на рівні популяції описано механізми регуляції чисельності та ін. Чим складнішою є структура біосистеми, тим різноманітнішими будуть механізми регуляції і тим стійкішою вона буде до впливу навколишнього середовища.

Ще однією важливою особливістю біосистем є здатність до самовідтворення собі подібних. Ця властивість є фундаментальною, оскільки забезпечує наступність життя на Землі. «Omne vivum ex vivo» («Все живе від живого»), як зазначив ще в XVII ст. італійський лікар і натураліст Франческо Реді (1626—1697). Саме він вперше в історії біології здійснив експерименти, що спростовують уявлення про самозародження життя (вважалось, що риби могли виникати з мулу, черви — з ґрунту, мухи — з м'яса і т. ін.).

Іл. 6. Франческо Реді

На молекулярному рівні самовідтворення відбувається на основі матричного синтезу ДНК, РНК й білків, клітини відтворюють собі подібних шляхом поділу, організми розмножуються нестатевим чи статевим способом, відтворення популяцій забезпечується розмноженням організмів та їхньою здатністю до розселення.

Усі біосистеми здатні зберігати своє існування в межах певного кінцевого періоду завдяки процесам самооновлення, що спрямовані на утворення нових чи відновлення пошкоджених складників (компонентів). Так, пошкоджена ДНК може бути відновлена через механізми репарації, нові мітохондрії чи пластиди утворюються шляхом поділу, відновлення клітин чи органів забезпечує регенерація, оновлення організмів здійснюється за допомогою стовбурових клітин, а самооновлення екосистем — у результаті сукцесій.

Отже, біологічні системи — це відкриті впорядковані системи, здатні до саморегуляції, самовідтворення та самооновлення внаслідок постійного потоку речовин, енергії та інформації.

Якими є описові структурно-функціональні ознаки живого?

Життя — це особлива форма існування матерії, що відрізняється від неживої природи особливостями структури та процесів. У біології існують різні формулювання, в яких життя визначається субстратом (субстратний підхід) або розглядається як сукупність специфічних процесів (функціональний підхід).

«Життя — це спосіб існування білкових тіл, суттєвим моментом якого є постійний обмін речовин з навколишньою природою» (Ф. Енгельс).

«Живі тіла, які існують на Землі, являють собою відкриті, саморегулювальні та самовідтворювальні системи, що побудовані з біополімерів — білків і нуклеїнових кислот» (М. В. Волькенштейн).

«Життя — це глобальна планетарна самовпорядкована, енергетично та інформаційно відкрита система, що являє собою велике розмаїття форм єдиної у фізико-хімічному відношенні живої речовини» (В. І. Вернадський).

«Життя є формою існування біополімерних тіл (систем), здатних до самореплікації в умовах постійного обміну речовинами й енергією з навколишнім середовищем» (В. І. Гольданський).

«Життя — це активна властивість живої матерії, що відбувається із витратами енергії на підтримання й відтворення специфічної структури» (Б. М. Медніков).

Проблема пізнання суті життя є найголовнішою проблемою не лише біології. Науковці наводять різні тлумачення поняття «життя» й виокремлюють різні особливості феномену життя.

Фізика. «Життя є явищем, яке властиве відкритим системам, що здатні самочинно знижувати власну внутрішню невпорядкованість за рахунок речовин або вільної енергії, отриманих з довкілля і згодом виділеної у вигляді продуктів життєдіяльності й теплоти».

Хімія. «Життя — це не властивість якої-небудь молекули, а радше результат взаємодії між молекулами».

Кібернетика. «Живі системи — це системи, крізь які проходять безперервні потоки речовин, енергії, інформації і які здатні сприймати, зберігати й переробляти інформацію».

Філософія. «Життя — особлива, складна форма руху матерії, найважливішими ознаками якої є подразливість, ріст, розмноження, в основі яких лежать процеси самооновлення речовин».

Попри усі намагання науковців однозначного визначення поняття «життя» й досі не існує. Живим організмам притаманна низка ознак, яких немає у більшості неживих систем. Проте серед них немає жодної, яка була б притаманна лише живому. Єдиний спосіб описати життя — це перелічити визначальні ознаки (атрибути) та описові структурно-функціональні ознаки живого.

Схема 1. ОЗНАКИ ЖИВОГО

Отже, ЖИТТЯ — це принцип існування біологічних систем, які відрізняються від неживого складністю та високою структурною й функціональною впорядкованістю, що підтримується завдяки здатності поглинати, перетворювати та передавати енергію ззовні.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з таблицею

Визначте прояви життя, що їх вивчають за допомогою вказаних наук. Заповніть у робочому зошиті таблицю та зробіть висновок про значення інтегрованого підходу для пізнання суті життя.

Наука

Прояви життя

Хімія

Фізика

Географія

Кібернетика

Соціологія

Математика

Біологія + Мінералогія

Південна частина Румунії стала відома своїми «живими» каменями, що вміють рости, дихати і навіть розмножуватися. Місцеве населення називає їх тровантами. Ці камені мають обтічну форму, на зрізі можна розгледіти вікові кільця, зосереджені навколо невеликого твердого ядра. Камені здатні ще й до розмноження, що нагадує брунькування. Чому ж ці «неорганічні форми життя на основі кремнію», як їх називають деякі науковці, не належать до живої природи?

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Мистецтво

Жозефіна Волл (нар. 1947) — сучасна британська художниця в стилі фентезі. Її картини надзвичайно популярні в усьому світі. Жозефіна переконана, що художник, який перебуває в оточенні прекрасної природи, є своєрідним каналом для передачі енергії від Матері-Землі усім людям. Мистецтво і його естетичні можливості допомагають зрозуміти принадність та вразливість навколишнього світу. Що таке естетика? У чому полягає естетична цінність живої природи?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1—6

1. Назвіть фундаментальні властивості живого. 2. Чому біосистеми називають відкритими? 3. Що таке саморегуляція, самовідтворення та самооновлення? 4. Наведіть 2—3 приклади визначень поняття «життя». 5. Назвіть ознаки структурної організації життя. 6. Назвіть властивості та основні процеси життя.

7—9

7. У чому суть визначальних ознак життя? 8. Якими є описові структурно-функціональні ознаки живого? 9. У чому полягає складність визначення такого явища, як ЖИТТЯ?

10—12

10. Чому пізнання суті життя є проблемою науки загалом, а не лише біології?