Володимир Іванович Вернадський (1863-1945).

Неклітинні форми о рганічного світу. До не­клітинних належать віруси, які утворюють групу Віра (Vira). Віруси проявляють життєдіяльність тільки у стадії внутрішньоклітинного паразитизму. Дуже малі розміри дозволяють їм легко проходити крізь будь-які фільтри, у тому числі каолінові, з най-дрібнішими порами, тому спочатку їх називали фільтрівними вірусами. Існування вірусів було до­ведено в 1892 р. російським ботаніком Д. І. Іва-новським (1864-1920), але побачили їх багато пізніше. Більшість вірусів субмікроскопічних розмірів, тому для вивчення їхньої будови корис­туються електронним мікроскопом. Найдрібніші віруси - наприклад, збудник ящуру - ненабагато пе­ревищують розміри молекули яєчного білка, проте зустрічаються і такі віруси (збудник віспи), які можна бачити у світловий мікроскоп.

Вірус імунодефіциту людини (мікрофотографія).

 

Зрілі частинки вірусів - віріони, або віроспори, складаються з білкової оболонки і нуклеокапсиду, в якому зосереджений генетичний матеріал — нуклеї­нова кислота. Одні віруси містять дезоксирибонук­леїнову кислоту (ДНК), інші - рибонуклеїнову (РНК). На стадії віроспори ніяких проявів життя не спосте­рігається. Тому немає єдиної думки, чи можна віруси на цій стадії вважати живими. Деякі віруси можуть утворювати кристали подібно до неживих речовин, проте, коли вони проникають у клітини чутливих до них організмів, то виявляють всі ознаки живого. Таким чином, у формі вірусів проявляється ніби "перехідний міст", що зв'язує в єдине ціле світ організмів і неживі органічні речовини. Вірус являє собою діалектичну єдність живого і неживого: поза клітиною це речовина, у клітині це істота, тобто він одночасно і нежива речовина, і жива істота. Віро-спора - лише одна із стадій існування вірусу. У житті вірусів можна виділити такі етапи: прикріплен­ня вірусу до клітини, вторгнення в неї, латентну ста­дію, утворення нового покоління вірусів, вихід віро-спор. У період латентної стадії вірус ніби зникає. Його не вдається побачити або виділити з клітини, але в цей період вся клітина синтезує необхідні для вірусу білки і нуклеїнові кислоти, в результаті чого утворюється нове покоління віроспор.

Описано сотні вірусів, які викликають захворю­вання у рослин, тварин і людини. До вірусних хвороб людини відносять сказ, віспу, тайговий енцефаліт, грип, епідемічний паротит, кір, СНІД та ін.

Віруси, які пристосувалися до паразитування у клітині бактерій, називаються фагами. За своєю будовою фаги складніші від вірусів, що паразиту­ють у клітинах рослин і тварин. Багато фагів ма­ють пуголовкоподібну форму, складаються з голов­ки і хвоста. Внутрішній вміст фага — це переважно ДНК, а білковий компонент зосереджений в основ­ному у так званій оболонці. Фаги проникаючи у певні види бактерій, розмножуються і викликають роз­чинення (лізис) бактеріальної клітини.

Клітина прокаріотів (мікрофотографія): 1 - нуклеоїд; 2 - клітинна мембрана; 3 - цитоплазма.

 

Іноді проникання фагів у клітину не супрово­джується лізисом бактерії, а ДНК фага включаєть­ся у спадкові структури бактерії і передається її на­щадкам. Це може продовжуватися впродовж ба­гатьох поколінь бактеріальної клітини, яка сприйня­ла фаг. Такі бактерії називають лізогенними. Під впливом зовнішніх факторів, особливо іонізуючого випромінювання, фаг у лізогенних бактеріях почи­нає проявляти себе, і бактерії зазнають лізису, їх ви­користовують для вивчення явищ спадковості на мо­лекулярному рівні.

Походження вірусів не з'ясоване. Одні вважа­ють їх первинно примітивними організмами, які є основою життя. Інші схиляються до думки, що віру­си походять від організмів, які мали більш високий ступінь організації, але дуже спростилися у зв'язку з паразитичним способом життя. Очевидно, у їхній еволюції мала місце загальна дегенерація, що призвела до біологічного прогресу. Нарешті, існує і третя точка зору: віруси - група генів або фрагментів інших клітинних структур, які набули автономності.

Клітинні форми життя. Основну масу живих істот складають організми, які мають клітинну бу­дову. У процесі еволюції органічного світу клітина набула властивостей елементарної системи, в якій можливий прояв усіх закономірностей, що характе­ризують життя.

Клітинні організми поділяють на дві категорії: ті, що не мають типового ядра - доядерні, або про­каріоти (Procaryota), та ті, які мають ядро - ядерні, або еукаріоти (Eucaryota). До прокаріотів належать бактерії та синьозелені во­дорості, до еукаріотів - більшість рослин, гриби і тварини. Встановлено, що різниця між одноклітин­ними прокаріотами й еукаріотами більш суттєва, ніж між одноклітинними еукаріотами та вищими росли­нами і тваринами.

Прокаріоти - доядерні організми, які не мають типового ядра, оточеного ядерною оболонкою. Ге­нетичний матеріал представлений генофором -ниткою ДНК, яка утворює кільце. Ця нитка не на­була ще складної будови, що характерно для хро­мосом, у ній немає білків-гістонів. Поділ клітини простий, але йому передує процес реплікації. У клітині прокаріотів відсутні мітохондрії, центріолі, пластиди, розвинена система мембран.

Із організмів, що мають клітинну будову, найбільш примітивні мікоплазми.

Клітина еукаріотів (мікрофотографія): 1 ядро; 2– клітинна мемб­рана; 3 - цитоплазма; 4 - ортанели та включення

 

За деякими ознаками клітини мікоплазми стоять ближче до клітин тварин, ніж до рослин. Вони не ма­ють твердої оболонки, оточені гнучкою мембраною, склад ліпідів близький до тваринної клітини.

Бактеріїта синьозелені водорості об'єднані в підцарство Дроб'янки. Клітина типових дроб'янок вкрита оболонкою із целюлози. Дроб'ян­ки відіграють суттєву роль у кругообігу речовин у природі: синьозелені водорості -як синтетики орган­ічної речовини, бактерії - як мінералізатори її. Ба­гато бактерій мають медичне і ветеринарне зна­чення як збудники хвороб.

Еукаріоти - ядерні організми, які мають ядро, оточене ядерною мембраною. Генетичний матері­ал зосереджений переважно у хромосомах, які скла­даються з ниток ДНК та білкових молекул. Ділять­ся ці клітини мітотично. Є центріолі, мітохондрії,. пластиди. Серед еукаріотів є як одноклітинні, так і багатоклітинні організми.

Жива клітина - це впорядкована система, для якої є характерним отримувати ззовні, перетворювати і частково виділяти різні хімічні сполуки. Отже, кліти­ни - це відкриті системи; робота їх відбувається за принципом саморегуляції, яка генетично запро­грамована. Збереження генетичної інформації та її наступна реалізація в довгій низці поколінь здійснюєть­ся системою нуклеїнових кислот. У цілому це забез­печує фундаментальну властивість життя — історич­ну неперервність біологічних процесів.

Еволюційно обумовлені структурні рівні органі­зації ЖИТТЯ

• елементарні структури рівнів та
основні біологічні явища, що їх
характеризують

• значення уявлень про рівні орга­
нізації живого для медицини

Жива природа є складно організованою систе­мою складових, об'єднаних загальною стратегією життя. Внаслідок цього в науці сформувалася уява про рівні організації живої матерії. Рівень організації визначається за двома принципами - часовим і те­риторіальним. Це пов'язано з тим, що різноманітні біологічні процеси потребують специфічних умов і тому здійснюються в певних межах, відрізняються за швидкістю перебігу. При об'єднанні територіаль­ного і часового параметрів формується той чи інший рівень організації у вигляді порівняно однорідного біо­логічного комплексу. Він характеризується двома основними показниками: елементарною структур­ною одиницею й елементарним біологічним яви­щем. Виділяють такі рівні живої матерії:

Молекулярно-генетичний рівень. Елементарні структури - коди спадкової інформації, тобто по­слідовності триплетів нуклеотидів молекули ДНК. Елементарні явища - відтворення цих кодів за прин­ципом матричного синтезу або конваріантної редуплікації (подвоєння) молекули ДНК. Ме­ханізм редуплікації зумовлює копіювання генів. Це дозволяє передавати генетичну інформацію в низці поколінь клітин і забезпечує механізми спадковості. Випадки помилок синтезу змінюють кодони, що одразу ж відтворюється в молекулах-копіях. Редуп­лікація стає конваріантною, тобто такою, що при­зводить до змін (явище генних мутацій).

Перенесення інформації в оформлену структуру -білкову молекулу - забезпечується набором спе­ціалізованих внутрішньоклітинних - органел - у про­цесі біосинтезу білка.

Екологічні проблеми рівня: ріст мутагенних впливів і збільшення частки мутацій у генофондах.

Клітинний рівень. Елементарні структури -клітини. Елементарні явища -життєві цикли клітин. Клітина перетворює речовини й енергію, що надхо­дять до організму, у форму, придатну для викорис­тання організмом, і таким чином забезпечує про­цеси життєдіяльності. Кожна клітина відносно ав­тономна, самостійна функціонуюча одиниця. У складі цілісного організму клітини об'єднуються у тканини і системи органів. Між ними налагодже­на система фізіолого-біохімічних і структурно-функціональних зв'язків, яка є характерною для тка­нин даного організму.

Екологічні проблеми рівня: ріст клітинної пато­логії внаслідок забруднення середовища, порушен­ня відтворення клітин.

Організмовий рівень. Елементарні структури -організми та системи органів, з яких вони склада­ються. Елементарні явища - комплекс фізіологіч­них процесів, що забезпечують життєдіяльність. На даному рівні здійснюється механізм адаптації і фор­мується певна поведінка живих істот у конкретних умовах середовища. Спадкова інформація, закодо­вана в генотипі, реалізується певними фенотипни-ми проявами. Керуюча система - генотип.

Екологічні проблеми рівня: зниження адаптацій­них можливостей організмів, розвиток граничних станів у людини (стан між здоров'ям і хворобою).

Популяц і йно-видовий рівень. Елементарні структури - популяції. Елементарні явища - видо­утворення на підставі природного добору. Популяція -основна одиниця еволюції. Найважливіший еволю­ційно-генетичний показник популяції — її генофонд. Це керуюча підсистема рівня. Генофонд визначає еволюційні перспективи та екологічну пластичність популяцій. Є низка чинників, що викликають зміну генофонду популяцій: мутації, комбінативна мінливість, популяційні хвилі, ізоляція. Реалізація змін відбувається шляхом природного добору.

Екологічні проблеми рівня: погіршення екологіч­них показників популяції (чисельність, щільність, віко­вий склад тощо).

Біосферно-біогеоценотичний рівень. Елемен­тарні структури - біогеоценози. Елементарні яви­ща-динамічний взаємозв'язок біогеоценозів у мас­штабах біосфери. Керуюча підсистема - генопласт (термін увів український академік М. О. Голубець). Це сукупність генофондів і генотипів адаптованих одна до одної популяцій в оточуючому їх середо­вищі. Весь комплекс біогеоценозів утворює живу оболонку Землі - біосферу. Між біогеоценозами відбувається не тільки матеріально-енергетичний обмін, але й постійна конкурентна боротьба, що надає біосфері в цілому великої динамічності. Вся біогеохімічна робота біосфери забезпечується її біо-геоценозним комплексом.

Екологічні проблеми рівня: збільшення кількості антропоценозів та їх глобальне поширення, забруднен­ня середовища, руйнування озонового екрану Землі.

Біологічні рівні організації живої природи взаєм­но пов'язані між собою за принципом біологічної ієрархії. Система нижчого рівня обов'язково вклю­чається до рівня вищого ґатунку.

Ідея біологічних рівнів, з одного боку, поділяє живу природу на окремі складові - дискретні оди­ниці, а з іншого - пояснює її цілісність як системи взаємопов'язаних частин, починаючи від органіч­них макромолекул і закінчуючи живою оболонкою Землі - біосферою.

 

Основні властивості життя

• обмін речовин та енергії

• здатність протистояти наростанню ентропії

• подразливість

• самооновлення

• саморегуляція

• самовідтворення

• спадковість і мінливість

• ріст та розвиток

• дискретність і цілісність

До складу живих організмів на атомному рівні вхо­дять ті самі хімічні елементи, що й до неживої матерії. Однак на молекулярному рівні виникають відмінності, що відмежовують живе від неживого. Живі організми мають властиві лише їм системи хімічних зв'язків і взаємодій між молекулами: ковалентні, іонні, водневі зв'язки, гідрофобні взаємодії. Молекули живих організмів здатні утворювати полімерні комплекси. Здатність утворювати ці комплекси, їх наступні пере­творення, а також зруйнування, забезпечує найважли­вішу властивість живої системи - обмін речовин, зміст якого складають синхронізовані процеси асимі­ляції (процеси синтезу, анаболізм) і дисиміляції (про­цеси розпаду, катаболізм). Під час асиміляції ство­рюються або оновлюються різні морфологічні струк­тури, процес відбувається з поглинанням енергії й на­зивається пластичним обміном. Під час дисиміляції відбувається розщеплення складних хімічних сполук до відносно простих, що супроводжується виділенням енергії. Цей процес називають енергетичним об­міном. Пластичний та енергетичний обміни тісно по­в'язані, складають єдиний метаболічний цикл, який відбувається у клітині.

Отримані ззовні речовини в процесі пластичного обміну організми перетворюють у власні, які замі­нюють старі елементи й одночасно видаляють у зовнішнє середовище сполуки, які утворилися в про­цесі дисиміляції, а також речовини, не використані організмом. Тому живий організм є відкритою сис­темою - відбувається неперервна взаємодія з довкіл­лям, під час якої здійснюється обмін із середовищем енергією, матерією (речовиною) та інформацією.

Ганс Кребс (Н. Krebs) (1900-1981) – відкрив цикл трикарбонових кислот

 

Здатність протистояти наростанню ен­тропії. Небіологічні системи здатні виконувати ро­боту за рахунок теплової енергії. Живі системи функ­ціонують в ізотермічному режимі, а тому для здійснення процесів життєдіяльності використову­ють хімічну енергію і підпорядковуються законам термодинаміки. Аутотрофні організми використову­ють енергію сонячного світла або розщеплення хімічних сполук (залізо- та сіркобактерії). Гетеро­трофні організми отримують енергію в результаті поєднання метаболізму з процесом розпаду склад­них органічних молекул, які надходять ззовні.

Згідно з першим законом термодинаміки, внут­рішня енергія разом з її оточенням залишається ста­лою. За будь-яких змін системи внутрішня енергія не витрачається і не набувається. Ця енергія може переходити від однієї частини до іншої або перетво­рюватися з однієї форми в іншу.

За другим законом термодинаміки, ентропія при самовільних процесах зростає. Ентропія є мірою не­впорядкованості, хаотичності системи і досягає мак­симального значення, коли система переходить до стану справжньої рівноваги.

У живих системах постійно відбуваються біохімічні реакції, що супроводжується виділенням тепла. Такі процеси проходять за участю ферментів самовільно і характеризуються зменшенням вільної енергії. Енергетичні процеси в клітині здійснюють­ся впорядковано, а не хаотично. За таких умов не може бути справжньої, сталої рівноваги. Тому кліти­ни як живі організми здатні протистояти зростанню ентропії. Високовпорядковані системи (живі органі­зми) легко руйнуються; якщо на підтримання їх відносної сталості не витрачається енергія, вони на­бувають невпорядкованості (ентропії).

Самооновлення. В основі самооновлення ле­жать реакції синтезу, тобто утворення нових моле­кул і структур на основі інформації, закладеної в послідовності нуклеотидів ДНК (рис. 1. 8).

Саморегуляція. Саморегуляція, або ауторегуля-ція - це здатність організмів підтримувати віднос­ну сталість хімічного складу та перебігу фізіологіч­них процесів - гомеостаз. Саморегуляція відбу­вається за участі нервової, імунної та ендокринної систем. Сигналами для корекції гомеостазу є над­лишок або нестача тих чи інших речовин, виведен­ня системи з рівноваги тощо.

 

Схема будови ДНК (фрагмент)

 

Важливим проявом життя є подразливість -здатність живих організмів реагувати на певні впли­ви довкілля. Характер подразників, а, отже, й аде­кватні реакції-відповіді організмів на них різноманітні. Вони мають свої особливості у представників тва­ринного і рослинного світу. Поширеною формою про­яву подразливості є рухи - активні чи пасивні. У світі тварин рухи виявляються у вигляді таксисів. Це певне позитивне чи негативне переміщення відносно подразника {фототаксис, термотаксис, хемотаксис). Рослинам притаманні тропізми, насти, нутації. Рухи віддзеркалюють різні шляхи еволюційних перебудов і адаптацій організмів до середовища існування.

Однією з обов'язкових властивостей життя є здатність до самовідтворення {розмноження). У процесі розмноження організми дають потомство, тобто виникають організми, схожі з батьківськими формами. Таким чином забезпечується спадкоєм­ність між батьками і нащадками. У сучасних умо­вах організми можуть виникати тільки з матеріаль­них форм (клітин) шляхом розмноження.

Самовідтворення відбувається на всіх рівнях організації живої матерії. Завдяки репродукції не тільки цілі організми, але і клітини після поділу схожі на своїх попередників.

Самовідтворення забезпечується ДНК. Крім ДНК, жодна інша структура клітини, зокрема і всі білки, та­кою властивістю не наділена. Здатність молекул ДНК до саморепродукції має винятковий зв'язок з проце­сом поділу клітин і розмноженням організмів.

Розмноження є необхідною умовою існування будь-якого виду рослин і тварин.

Життєвим віддзеркаленням космічних процесів є ево­люційно сформована біологі чна ритмічність - уні­версальна особливість життя. Біоритми - це кількісні й якісні зміни біологічних процесів, які відбуваються на різних рівнях організації. їх виникнення зумовлено планетарними взаємодіями, обертанням Землі навко­ло своєї осі й навколо Сонця. Найпоширенішим є цир-кадіанний (білядобовий) хроноритм, що випливає з фо­топеріоду - зміни довжини дня і ночі. Рослинний і тва­ринний світ реагує на фотоперіод фотоперіодизмом -складним комплексом змін життєдіяльності. Фотопе­ріодизм є суттєвим компонентом таких елементів вищої нервової діяльності, як інстинкти.

Спадковість і мінливість. Молекули ДНК ма­ють виняткову стійкість. З цією властивістю ДНК пов'язана її участь в явищі спадковості - процесі відтворення організмами в ряду наступних поколінь схожих ознак і властивостей.

Спадковість — це здатність організму передавати свої ознаки, властивості й особливості розвитку від покоління до покоління. При розмноженні ознаки і влас­тивості передаються досить стійко. Проте існують і деякі відмінності. Спадковість - це не просто відтво­рення, копіювання. Вона завжди супроводжується мінливістю. При розмноженні організмів виникають нові властивості, це явище отримало назву мінливість.

Мінливість - це здатність організмів набувати нових ознак і властивостей. При цьому виникає різноманітність, поява нових форм життя, нових видів організмів.

Спадковість і мінливість - невід'ємні явища живої матерії. Вони проявляються в процесі розмножен­ня організмів.

Ріст і розвиток. Ріст зв'язаний з обміном ре­човин. Якщо переважає анаболізм - відбувається ріст живої системи.

Ріст здійснюється на будь-яких рівнях біологіч­ної організації: ріст клітин, ріст органів, ріст організмів, ріст популяцій тощо. Ріст супроводжується збільшен­ням маси органа, організму або зростанням числа особин у популяції тощо.

Властивістю живої матерії є здатність до роз­витку - незворотної закономірної зміни біологічної системи. В результаті розвитку зазнає змін склад або структура системи, формується нова якість. Роз­виток складових організму носить назву онтоге­нез, або індивідуальний розвиток. Розвиток живої природи (еволюція) з утворенням нових видів, про­гресивним ускладненням форм життя носить назву філогенез, або історичний розвиток.

Дискретність і цілісність. Дискретність (від лат. discretus - переривчастість, розділення) озна­чає, що біологічна система (популяція, організм, орган, клітина) складається з відособлених або об­межених у просторі складових (види, особини, тка­нини, органели). Проте кожна з частин тісно пов'я­зана з іншою, вони взаємодіють між собою, утво­рюють структурно-функціональну єдність, структур­ну впорядкованість щодо виконуваної функції.

Дискретність забезпечує сталість перебігу біоло­гічних процесів у часі і просторі. Взаємодія складових біологічної системи відбувається не ізольовано, а пе­ребуває у зв'язку з оточуючим середовищем, вона відповідно реагує на стимули, які надходять зовні.

За таких умов біологічна система розглядаєть­ся як цілісна система. її складові утворюють ціліс­ність, єдине ціле. Про це свідчать однотипність реакцій різних видів на дію подразника, взаємопе-реходи біохімічних реакцій, тотожність фізіологіч­них функцій тощо.

Життя багатолике. Всі його властивості об'єднує єдиний процес розвитку, який охоплює неживу при­роду, живу речовину і людське суспільство.