ЛЕКЦИЯ 1 Общая характеристика жизни В биологии как

ЛЕКЦИЯ 1 Общая характеристика жизни «В биологии как в науке о живом возможны только два пути: либо признать невозможным объяснение жизни на основе физики и химии, либо такое объяснение возможно и его надо найти…» М. В. Волькенштейн

План 1. Определение сущности жизни с позиций системного подхода 2. Биологические системы и их фундаментальные свойства 3. Возникновение жизни. Современная классификация живого 4. Эволюционно-обусловленные уровни организации живого 5. Клетка как элементарная генетическая и структурно-функциональная биологическая единица. Типы клеточной организации

1. Определение сущности жизни

Жизнь – это особое явление природы

Определения понятия «жизнь» • ЖИЗНЬ — это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка • ЖИЗНЬ — это непрерывный процесс внутреннего движения, синтеза и распада, обмена энергией с окружающей средой, направленный на самосохранение и самовоспроизведение в передаче устойчивых признаков в меняющихся условиях внешней среды • ЖИЗНЬ — это упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное не только на одной тенденции переходить от упорядоченности к неупорядоченности, но и частично на существовании упорядоченности, которая поддерживается все время • ЖИЗНЬ — это высокоупорядоченное состояние вещества, использующее для выработки сохраняющихся реакций информацию, кодируемую состояниями отдельных молекул • ЖИЗНЬ есть космическое явление, в чем-то резко отличное от косной материи

Жизнь есть активное, идущее с затратой полученной извне энергии поддержание и самовоспроизведение специфической структуры (биологический словарь)

Согласно определению М. В. Волькенштейна: «живые организмы представляют собой открытые, саморегулирующиеся, самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот» Молекула гемоглобина Молекула ДНК www. google. ru/url? sa=i&rct=j&q=%D 0%94%D 0%9

С позиций системного подхода жизнь характеризуется как макромолекулярная открытая система, которой свойственны: • иерархическая организация, • обмен веществ • способность к самовоспроизведению, • регулируемый поток энергии

Жизнь – это качественно особая форма существования материи, связанная с самовоспроизведением, которое обеспечивается передачей генетической информации от поколения к поколению.

субстрат жизни (=основа жизни) БЕЛКИ (по Ф. Энгельсу) НУКЛЕОПРОТЕИДЫ

Субстрат жизни «Повсюду, где мы встречаем жизнь, она связана с каким-либо белковым телом, и повсюду, где мы встречаем какое-либо белковое тело, не находящееся в процессе разложения, мы без исключения встречаем и явление жизни» . Ф. Энгельс

Субстрат жизни Нуклеопротеиды входят в состав ядра и цитоплазм животных и растений и цитоплазмы у прокариот Структура нуклеопротеида вируса Influenza A Нуклеопротеиды становятся субстратом жизни лишь тогда, когда они находятся и функционируют в клетках http: //www. chemport. ru/datenews. php? news=269

http: //www. urolog-site. ru/slovar/l/lpnp. html http: //packthecase. ru/archives/26 http: //bioinf. ibun. unal. edu. co/servicios/BLEE/

2. Биологические системы и их фундаментальные свойства

Иерархической называется система, в которой части или элементы расположены в порядке от низшего к высшему.

Биологические системы и их фундаментальные свойства 1. Обмен веществ и энергии 2. Структурная организация

Биологические системы и их фундаментальные свойства 3. Способность противостоять росту энтропии путем поддержания живыми существами присущей им организации. 4. Самовоспроизведение (размножение) 5. Самообновление и саморегуляция 6. Наследственность и изменчивость 7. Дискретность (отграниченность) и целостность 8. Рост и развитие 9. Свойство менять свое состояние в зависимости от колебаний параметров окружающей или внутренней среды 10. Раздражимость и возбудимость

11. Гомеостаз – это способность противостоять изменениям и сохранять динамическое постоянство состава и свойств системы. Регуляторные гомеостатические механизмы функционируют на: • – молекулярно-генетическом, • – клеточном, • – организменном, • – надорганизменном уровнях.

11. Гомеостаз • На молекулярно-генетическом уровне гомеостаз обеспечиваются процессами редупликации ДНК, репарации; • На уровне клетки происходит восстановление ее мембран, компенсаторное увеличение ряда органоидов; • В системных механизмах гомеостаза действует кибернетический принцип отрицательной обратной связи: при любом возмущающем воздействии происходит включение нервных и эндокринных механизмов, которые тесно взаимосвязаны.

Изначальные свойства жизни, создавшие и сохраняющие ее как особое явление материального мира. • 1. — включенность организмов в процесс эволюции – исторического развития. Благодаря этому жизнь как особое явление материального мира сохраняется на протяжении вот уже более 3 млрд. лет. • 2. — существование отдельных организмов лишь во взаимодействии с другими организмами в составе сообществ (биоценозов или экосистем).

3. Возникновение жизни.

Согласно гипотезе панспермии жизнь занесена из космоса либо в виде спор микроорганизмов, либо путем намеренного «заселения» планеты разумными пришельцами из других миров. http: //www. liveinternet. ru/tags http: //evoluts. ru/2009 -11 -28 -09 -04 -37/2009 -11 -28 -09 -14 -19. html

Согласно гипотезе абиогенеза или биохимической эволюции жизнь возникла на Земле, когда сложилась благоприятная совокупность физических и химических условий, сделавших возможным абиогенное образование органических веществ из неорганических. http: //www. darwin. museum. ru/dino/be_dino/vozn_g. htm

Гипотеза абиогенеза Линия жизни выстраивалась следующим образом: • 1) образование атмосферы из газов, служащих «сырьем» для синтеза органических соединений; • 2) абиогенное образование простых органических веществ; • 3) полимеризация мономеров в полимеры — белки (полипептиды) и нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды); • 4) концентрация абиогенной органики в водной среде с образованием «первичного бульона» ; • 5) обособление в «бульоне» предбиологических дискретных форм – протобионтов • 6) возникновение простейших форм с полной совокупностью свойств жизни – примитивных клеток-гетеротрофов, питающихся органикой «бульона» ; • 7) биологическая эволюция возникших существ.

Геохимическая гипотеза исходит из того, что живая составляющая формировалась как дополнение к существовавшим на планете геохимическим вещественно-энергетическим круговоротам. Наиболее правдоподобная на настоящее время. Согласуется с положениями неравновесной термодинамики (И. Пригожин) и теории самоорганизующихся систем (У. Эшби). http: //www. chemport. ru/datenews. php? news=1993 http: //www. cawater-info. net/all_about_water/? p=4950

Геохимическая гипотеза • В открытых системах в сильно неравновесных условиях (например, земные геохимические круговороты, провоцируемые разницей температур космического пространства и вещества планеты) могут самопроизвольно образовываться упорядоченные структуры, которые получили название диссипативных, в связи с их свойством рассеивать пропускаемую через себя энергию. • Отличительная черта диссипативных самоорганизующихся систем, к которым принадлежат живые организмы, заключается в их способности эволюционировать и, таким образом, сохранять состояние приспособленности и, следовательно, себя самих при изменении условий.

Геохимическая гипотеза • Привлекательность геохимического подхода состоит в том, что он возвращает жизнь как явление в область «обычных» , то есть термодинамически понятных событий и позволяет отойти от фактора случайности в ее возникновении (гипотеза биогенеза) или же умозрительной оценки ее как изначального и неотъемлемого свойства материи (гипотеза панспермии).

Жизнь возникает как сообщество • «Первые» в истории жизни (био)ценозы представляли собой не набор организмов, а систему (био)химических реакций. Природу указанных реакций в наши дни охарактеризовать нельзя. Первый шаг биогенеза, таким образом, состоял в возникновении метаболизма ( «доорганизменный» этап). Средой формирования первичного метаболизма, включавшегося в геохимические (неорганические) круговороты, мог быть водный гель. • Организмы как обособленные единицы жизни появились лишь на определенной стадии биогенеза.

Гидротермы (гидротермали) ГИДРОТЕРМЫ - источники высокотемпературных вод, поступающих из недр Земли белые «курильщики» — фонтаны осветленных гидротермальных вод, не насыщенных рудными компонентами «черные курильщики» гидротермальные источники, выбрасывающие воду черного цвета http: //compulenta. computerra. ru/zemlya/ekologiya/10004345/ http: //oppps. ru/chernye-kurilshhiki. html

Гидротермы (гидротермали) • В устьях гидротерм обнаружены прокариотические биоценозы из литотрофных наиболее древних архебактерий (Archaea). • Они, образуя из неорганики земных недр органику, выполняют роль истинных первичных продуцентов, включая в биологические круговороты основные химические элементы – серу, азот, углерод и водород.

Современная классификация живого Империи: Неклеточные Подимперии: Царства: Вирусы Клеточные Прокариоты Дробянки http: //www. webmechta. com/poznay-mir/802 -blesk-i-nisheta-prokariot Эукариоты Растения Грибы Животные / http: //visualscience. ru/projects/influenza/3 d-model

4. Эволюционно-обусловленные уровни организации живого

Уровень – это функциональное место биологической структуры определенной сложности. В основу классификации уровней организации жизни как особого природного явления положена идея об объединяющей роли эволюционного процесса. Элементарная единица — это структура или объект, закономерные изменения которых, обозначаемые как элементарное явление, составляют специфический вклад в процесс эволюции, то есть решения биологической задачи сохранения и развития жизни.

Уровни организации живой материи, включенные в эволюционный процесс • • • Молекулярно-генетический Клеточный Онтогенетический (организменный) Популяционно-видовой Биогеоценотический (биосферный)

Молекулярно-генетический уровень Представлен молекулами нуклеиновых кислот, белков, липидами и стероидами, находящимися в клетках и получившими название биологических молекул. Элементарной единицей на молекулярно-генетическом уровне служит ген Элементарное явление заключается в возможности некоторых изменений в содержании закодированной в гене информации при конвариантной редупликации http: //psdobavki. ru/pishhevye-dobavki/mioglobin. html

Клеточный уровень Представлен клетками – самостоятельными организмами (бактерии, простейшие и т. д. ), а также клетками многоклеточных организмов. С этого уровня начинается жизнь!!!! Элементарная единица клеточного уровня – клетка. Элементарное явление представлено реакциями клеточного метаболизма

Онтогенетический (организменный) уровень Представлен одно- и многоклеточными организмами растительной и животной природы. На организменном уровне обнаруживается труднообозримое многообразие форм! Элементарной единицей организменного уровня является особь Элементарное явление – изменения в онтогенезе в определенных условиях среды

Популяционно-видовой уровень Популяция — совокупность особей одного вида, занимающих одну территорию, в той или иной мере изолированных от других особей этого же вида и способных обмениваться генетическим материалом.

Популяционно-видовой уровень В пределах одного и того же вида может насчитываться от одной до многих тысяч популяций. Элементарной единицей популяционновидового уровня служит популяция. Элементарные явления - изменения генофонда в ряду поколений под действием элементарных эволюционных факторов

Биогеоценотический или биосферный уровень Биоценотический и биосферный уровни иногда объединяют.

Биогеоценотический или биосферный уровень Элементарная единица – экосистема Элементарное явление – изменения вещественно-энергетических круговоротов и потоков

5. Клетка как элементарная генетическая и структурно-функциональная биологическая единица. Типы клеточной организации

Клетка как элементарная генетическая и структурнофункциональная биологическая единица • Клетка – элементарная биологическая система, способная к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. • Клетка составляет основу строения, функций и развития (генезиса) всех живых существ.

В современном состоянии клеточная теория включает три основных положения. • 1. Жизнь в ее структурном, функциональном и генетическом плане обеспечивается только клеткой. • 2. Единственным способом возникновения новых клеток является деление существующих клеток. • 3. Многоклеточное существо – это совокупность высоко интегрированных в систему организма клеточных ансамблей, объединенных дистантными гуморальными, нервными и иммунными, а также местными формами регуляции и интеграции.

Типы клеточной организации • http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/thumb /e/ec/Celltypes_rus_svg. png/410 px. Celltypes_rus_svg. png

Краткая характеристика надцарства Прокариоты

Типы клеточной организации: прокариотический Бациллы Helicobacter Pylori Стрептококки Вибрионы Сальмонеллы

Схема строения бактериальной клетки 1 - клеточная стенка; 2 - плазматическая мембрана; 3 - ДНК нуклеоида, 4 - полирибосомы цитоплазмы; 5 - мезосома; 6 - ламеллярные структуры; 7 - впячивания плазмалеммы; 8 - скопления хроматофоров; 9 - вакуоли с включениями; 10 - бактериальные жгутики; 11 - пластинчатые тилакоиды

Цианобактерии Cyanothece Спирулина (Spirulina) Aphanizomenon ovalisporum