Уровни организации живой материи

Представления о структурных уровнях организации живой материи сложилось во многом под влиянием клеточной теории строения организмов. Для развития биологи, так же как для физики и химии, характерен поиск последних, неделимых единиц организации (в данном случае – живой материи). До середины прошлого века такой единицей считалась клетка. Гипотеза о наличии у клетки субмикроскопической структуры, выдвинутая немецким биологом Эрнстом Геккелем, предвосхитила открытие молекулярно - генетического уровня
биологических систем.

Современная биология, добившаяся выдающихся научных достижений именно в исследованиях на молекулярно-генетическом уровне, выделяет уровни организации живой материи на основе признака масштабности.

• Молекулярно-генетический уровень составляет предмет молекулярной биологии, изучающей механизмы передачи наследственной информации и развивающей методы генной инженерии.

• Клеточный уровень определяет специализацию клеток и их способность к делению и отпочковыванию.

• Органо-тканевый уровень отражает строение и функции органов и тканей живых организмов.

• Организменный (онтогенетический) уровень связан с проявлением признаков отдельных особей животных и растений.

• Популяционно-видовой уровень образован совокупностью особей одного вида, которые, скрещиваясь между собой, поддерживают численность популяции и обеспечивают ход эволюционного процесса.

• Уровень биогеоценоза представляет собой всю совокупность живых организмов (животного и растительного происхождения), занимающих вместе с соответствующими компонентами неживой природы определенную область Земли.

• Биосферный уровень охватывает всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их неживой природной средой.

Структурирование живой материи по уровням организации, хотя и является в некоторой степени условным, отражает структуру разделов современной биологии и системный подход к изучению природы, базирующийся на принципе эволюции. При всём при этом клеточный уровень, клетка занимает особое положение в этой иерархии, поскольку именно с клетки начинается самостоятельное функционирование живой материи. Только с возникновения клетки отсчитывается наукой возникновение жизни, поскольку живая клетка – наименьшая система, несущая все необходимые и достаточные свойства живой материи.

Совершенно очевидно, что с точки зрения физики, рассматривающей в качестве неделимой основы материи такие фундаментальные частицы, не имеющие внутренней структуры, как кварки, клетка далека от предела первооснов материи. Это же относится и к уровню химии, для которой первооснову составляют атомы химических элементов. В биологии же фундаментальной частицей является живая клетка, с нее начинается феномен жизни. Подобно тому, как молекула является носителем свойств вещества, клетка представляет собой первый структурный уровень, обладающий свойствами живого вещества.

Развитие клеточной теории, у истоков которой стояли немецкие биологи Теодор Швайн и Маттиас Якоб Шлейден, явилось одним из важнейших достижений биологии ХIХ в. Основной ее вывод состоит в положении, утверждающем, что все растительные и животные организмы состоят из клеток, близких по своему строению. Отсюда с высокой достоверностью следует единство происхождения и развития всех видов живой материи.

Исследования в области цитологии показали, что все живые клетки осуществляют обмен веществ с окружающей средой, обеспечивают саморегуляцию своего состояния, сохраняют и передают наследственную информацию. В то же время клетки могут быть весьма многообразными. Они отличаются размерами (в пределах трех порядков), длительностью жизненного цикла (от нескольких часов до десятков лет). Именно на уровне клетки имеет место гомеостаз (сохранение стабильности внутренних условий), обеспечиваемый за счет метаболизма – обмена веществ с окружающей средой.

Метаболизм представляет собой весьма сложный процесс, включающий транспортировку в клетку из окружающей среды необходимых продуктов, извлечение из них запасов энергии и белка, выведение в окружающую среду продуктов жизнедеятельности в виде отходов (шлаков) и полезных с точки зрения развития организмов веществ.

Клетки имеют весьма сложную структуру. От внешней среды они отделены мембранной оболочкой, которая в силу своей проницаемости регулирует взаимодействие клетки с внешней средой, включающее обмен с ней энергией, веществом и информацией. Система обмена веществ и система воспроизводстваматериальной структуры клетки – основополагающие в живой природе. Эти системы являют собой пример исключительно сложной и в то же время целесообразной организации. При этом существенно, что физико-химическая основа таких систем одинакова у всех живых организмов – от амебы до человека. Этот факт служит достаточно убедительным свидетельством тому, что всё огромное многообразие жизни произросло из общего корня – протоклетки (от греч. – πρωτος – первый).

Благодаря применению современных физико-химических методов исследования, таких как электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ, метод изотопных индикаторов, удалось получить богатую информацию относительно устройства клеток, механизмов движения и превращения в них веществ. Одним из важнейших достижений, связанных с использованием физико-химических методов, является мембранная теория, объясняющая механизм работы особой оболочки клетки (мембраны) на основе электромагнитного взаимодействия ионов калия, натрия, хлора и других. Интересно, что мембрана, способная эффективно «накачивать» в клетку и «выкачивать» из нее продукты обмена веществ (в зависимости от знака своего электрического потенциала), одновременно столь же эффективно служит барьером, предохраняющим клетку от проникновения чуждых ей веществ.

Дата добавления: 2015-07-08