из электронной библиотеки / 264554655877873.pdf

130

6) Окисление спиртов. Кислородом воздуха при обычной температуре спирты не окисляются, но при нагревании в присутствии катализаторов идёт окисление. Примером может служить оксид меди (CuO), марганцовка (KMnO4), хромовая смесь. При действии окислителей получаются различные продукты и зависят от строения исходного спирта. Так, первичные спирты превращаются в альдегиды, вторичные - в кетоны, а третичные спирты устойчивы к действию окислителей.

4. Азотсодержащие органические соединения, являющиеся производными аммиака; один или больше атомов водорода в аммиаке заменены на углеводородный остаток. Азотсодержащие органические соединения представлены в бытовых сточных водах белками и продуктами их гидролиза - пептидами и аминокислотами. Белки по химическому строению являются естественными полимерами - продуктом конденсации аминокислот. Молекулярная масса белков изменяется от десятков тысяч до нескольких миллионов. Количество звеньев аминокислот колеблется от нескольких десятков до сотен тысяч. В образовании белков участвуют аминокислоты различного строения с алифатическим, ароматическим или гетероциклическим радикалами и содержащие, кроме того, другие функциональные группы. Это обусловливает разнообразие строения белковых молекул, их сложность и различную биологическую активность. Белки, содержащие только остатки аминокислот, называются протеинами. Если же в молекуле наряду с белковыми группами содержится небелковая часть, то такие соединения называются протеидами. К протеидам относятся глико - и мукопротеиды, которые представляют собой соединения белков с углеводами; фосфопротеиды, содержащие фосфор; липопротеиды, содержащие кроме белковой части липидные группы; нуклеопро-теиды - соединения белков с нуклеиновыми кислотами. В воде белки образуют коллоидные растворы, устойчивость которых зависит от рН, присутствия электролитов, температуры. Повышение температуры, действие ультрафиолетовых лучей, ионизирующего излучения, некоторых химических веществ способствует биологической инактивации белков и уменьшению их растворимости в воде.

РАЗДЕЛ VI. СОВРЕМЕННАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

Тема 6.1. Сущность жизни и ее возникновение на Земле

План:

1.Понятие «жизнь». Проблема сущности жизни.

2.Основные свойства живого.

3.Развитие представлений о происхождении жизни.

Список рекомендуемой литературы:

1.Горелов, А.А. Концепции современного естествознания: учебное

пособие / А.А. Горелов. – М.: Центр, 2003. – 208 с.

131

2.Естествознание 10-11классы: профильное обучение: учебное пособие / Л.Н. Харченко. – М.: Дрофа, 2007. – 223 с.

3.Каменский, А.А. Общая биология. 10-11 классы: учеб. для общеобразоват. учреждений / А.А. Каменский. – М.: Дрофа, 2008. – 367 с.

4.Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям / А.П. Садохин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. – 447 с.

5.Рузавин, Г.И. Концепции современного естествознания: учебник для студ. высших учебных заведений, обучающихся по гуманитарным специальностям / Г.И. Рузавин. – 3-е изд., стер. – М.: ИНФРА-М, 2012. – 270 с.

1.Биология – наука о происхождении и развитии живого, его строении, формах организации и способах активности. В настоящее время насчитывается более 50 наук внутри комплекса биологического знания, среди них: ботаника, зоология, анатомия, морфология, биофизика, биохимия, экология и т.д. Такое многообразие научных дисциплин объясняется сложностью объекта исследования – живой материи.

С этой точки зрения особенно важно понять, какие критерии лежат в основе разделения материи - на живую и неживую.

В классической биологии соперничали две противоположные позиции, объяснявшие сущность живого принципиально различным образом, - редукционизм и витализм.

Сторонники редукционизма считали, что все процессы жизнедеятельности организмов можно свести к совокупности определенных химических реакций. Термин «редукционизм» происходит от латинского слова redaction – отодвигать назад, возвращать. Идеи биологического редукционизма опирались на представления вульгарного механистического материализма, получившего наибольшее распространение в философии 17 – 18 вв. Механистический материализм все процессы, происходящие в природе, объяснял с точки зрении законов классической механики. Адаптация механистической материалистической позиции к биологическому познанию привела к формированию биологического редукционизма. С точки зрения современного естествознания, редукционистическое объяснение не может быть признано удовлетворительным, поскольку выхолащивает саму сущность живого. Наиболее широкое распространение редукционизм получил в 18 веке.

Противоположностью редукционизма является витализм, сторонники которого объясняют специфику живых организмов присутствием в них особой жизненной силы. Термин «витализм» происходит от латинского слова vita – жизнь. Философской базой витализма является идеализм. Витализм не объяснял специфики и механизмов функционирования живого, сводя все отличия органического от неорганического к действию таинственной и непознанной «жизненной силы».

2.Целостной живой системе присущи следующие качества:

1.Единство химического состава. Хотя в состав живых систем входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы, соотношение

132

различных элементов в живом и неживом неодинаково. В живых организмах ~ 98% химического состава приходится на шесть элементов: кислород (~62%),

углерод (~20 %),водород (~10%), азот (~3%), кальций (~2,5%), фосфор (~1,0 %). Кроме того, живые системы содержат совокупность сложных полимеров (в основном белки, нуклеиновые кислоты, ферменты и т.д.), которые неживым системам не присущи.

2.Открытость. Живые системы – открытые системы. Живые системы используют внешние источники энергии в виде пищи, света и т.п. Через них проходят потоки веществ и энергии, благодаря чему в системах осуществляется обмен веществ - метаболизм. Основа метаболизма – анаболизм (ассимиляция), то есть синтез веществ, и катаболизм (диссимиляция), то есть распад сложных веществ на простые с выделением энергии, которая используется для биосинтеза.

3.Самоуправление, саморегуляция, самоорганизация. Для пояснения этого утверждения дадим определения саморегуляции и самоорганизации. Саморегуляция – свойство живых систем автоматически устанавливать и поддерживать на определенном уровне те или иные физиологические (или другие) показатели системы. Самоорганизация – свойство живой системы приспособляться к изменяющимся условиям за счет изменения структуры своей системы управления. При саморегуляции и самоорганизации управляющие факторы воздействуют на систему не извне, а возникают в ней самой в процессе переработки информации, которой живая система обменивается с внешней средой. Это означает, что живые системы – самоуправляющиеся системы.

4.Самовоспроизведение (размножение). Живые системы существуют конечное время. Поддержание жизни связано с самовоспроизведением, благодаря чему живое существо воспроизводит себе подобных.

5.Изменчивость. Изменчивость связана с приобретением организмом новых признаков и свойств. Это явление противоположно наследственности и играет роль в процессе отбора организмов, наиболее приспособленных к конкретным условиям.

6.Способность к росту и развитию. Рост - увеличение в размерах и массе

ссохранением общих черт строения; рост сопровождается развитием то есть возникновением новых черт и качеств. Развитие может быть индивидуальным (онтогенез), когда последовательно проявляются все свойства организма, и историческим, которое сопровождается образованием новых видов и прогрессивным усложнением живой системы (филогенез).

7.Раздражимость. Раздражимость - неотъемлемая черта всего живого. Раздражимость связана с передачей информации из внешней среды к живой системе и проявляется в виде реакций системы на внешние воздействия.

8.Целостность и дискретность. Живая система дискретна, так как состоит из отдельных, но взаимодействующих между собой частей, которые в свою очередь также являются живыми системами. Например: организм состоит из клеток, являющихся живыми системами; биоценоз состоит из совокупностей

133

различных видов, которые также являются живыми системами. С дискретностью связаны различные уровни организации живых систем; о чем будет сказано ниже. Вместе с тем живая система целостна, поскольку входящие в нее элементы обеспечивают выполнение своих функций не самостоятельно, а во взаимосвязи с другими элементами системы.

9. Приспособляемость.

Специфика живого заключается в том, что ни один из перечисленных признаков (а их число составляет по данным разных ученых до 20-30) не является самым главным, определяющим для того, чтобы систему можно назвать целостной живой системой. Только наличие всех этих признаков вместе взятых позволяет провести границу между живым и неживым в природе. Единственный способ дать определение живому – перечислить основные свойства живых систем.

3. Происхождение жизни – одна из трех важнейших мировоззренческих проблем наряду с проблемой происхождения Вселенной и проблемой происхождения человека.

Попытки понять, как возникла и развивалась жизнь на Земле, предпринимались еще в глубокой древности. В античности сложились два противоположных подхода к решению этой проблемы:

1.Религиозно-идеалистический исходил из того, что возникновение жизни на Земле не могло осуществиться естественным, объективным, закономерным образом; жизнь является следствием божественного творческого акта (креационизм), поэтому всем существам свойственна особая, независимая от материального мира «жизненная сила», которая направляет все процессы жизни (витализм).

2.В основе материалистического подхода лежало представление о том, что под влиянием естественных факторов живое может возникнуть из неживого, органическое из неорганического. При всей своей примитивности первые исторические формы концепции самозарождения сыграли прогрессивную роль в борьбе с креационизмом.

Идея самозарождения получила широкое распространение в Средневековье и эпоху Возрождения, когда допускалась возможность самозарождения не только простых, но и довольно высокоорганизованных существ, даже млекопитающих (мышей из тряпок).

Невозможность произвольного зарождения жизни была доказана многими опытами. Итальянский ученый Ф. Реди экспериментально доказал невозможность самозарождения сколько-нибудь сложных животных.

Применение микроскопа в биологических исследованиях открыло большое разнообразие одноклеточных организмов. На этой основе вновь возродились старые идеи произвольного самозарождения простейших существ (абиогенез).

Окончательно версия о самозарождении была развенчана Л. Пастером в середине XIX в. Пастер показал, что не только в запаянном сосуде, но и в незакрытой колбе с длинной S-образной горловиной хорошо прокипяченный

134

бульон остается стерильным, потому что в колбу через такую горловину не могут проникнуть микробы. Это доказывало, что в наше время какой бы то ни было новый организм может появиться только от другого живого существа (биогенез).

Появление жизни на Земле пытались объяснить и занесением ее из других космических миров. В 1865 г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Эта гипотеза была поддержана многими выдающимися учеными XIX в. – У. Томсоном, Г. Гельмгольцем и др.

Сходную гипотезу, названную панспермией, в 1907 г. выдвинул известный шведский естествоиспытатель С. Аррениус: во Вселенной вечно существуют зародыши жизни, которые движутся в космическом пространстве под давлением световых лучей; попадая в сферу притяжения планеты, они оседают на ее поверхности и закладывают на этой планете начало живого.

Естествознание XX в. сделало шаг вперед в изучении жизни, ее проявлений на Земле и за ее пределами. Сейчас уже определенно выяснено, что «азбука» живого сравнительно проста: в любом существе, живущем на Земле, присутствует 20 аминокислот, пять оснований, два углевода и один фосфат. Небольшое число одних и тех же молекул во всех живых организмах убеждает, что все живое должно иметь единое происхождение.

Отрицание возможности самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возможности развития органической природы, жизни в прошлом из неорганической материи. На определенной стадии развития материи жизнь может возникнуть как результат естественных процессов, совершающихся в неорганической природе. Кроме того, элементарные химические процессы на начальных этапах возникновения и развития жизни могли происходить не только на Земле, но и в других частях Вселенной и в различное время. Поэтому не исключается возможность занесения определенных предпосылочных факторов жизни на Землю из Космоса. Однако в изученной пока человеком части Вселенной только на Земле они привели к формированию и расцвету жизни.

Согласно положениям современной науки, жизнь возникла из неживого вещества в результате эволюции материи, является результатом естественных процессов, происходивших во Вселенной. Жизнь – это свойство материи, которое ранее не существовало и появилось в особый момент истории Земли. Возникновение жизни явилось результатом процессов, протекавших сначала миллиарды лет во Вселенной, а затем многие миллионы лет на Земле. От неорганических соединений к органическим, от органических к биологическим

– таковы последовательные стадии процесса зарождения жизни.

Возраст Земли исчисляется примерно 4,6 млрд лет. Жизнь существует на Земле, видимо, около 3,8 млрд лет. Признаки деятельности живых организмов обнаружены в докембрийских породах, рассеянных по всему земному шару.

135

В сложном процессе возникновения жизни на Земле можно выделить несколько основных этапов. Первый из них связан с образованием простейших органических соединений из неорганических.

Тема 6.2. Уровни организации живой материи

План:

1.Основные уровни организации живого.

2.Система органического мира и ее основные систематические категории.

Список рекомендуемой литературы:

1.Горелов, А.А. Концепции современного естествознания: учебное пособие / А.А. Горелов. – М.: Центр, 2003. – 208 с.

2.Естествознание 10-11классы: профильное обучение: учебное пособие / Л.Н. Харченко. – М.: Дрофа, 2007. – 223 с.

3.Каменский, А.А. Общая биология. 10-11 классы: учеб. для общеобразоват. учреждений / А.А. Каменский. – М.: Дрофа, 2008. – 367 с.

4.Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям / А.П. Садохин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. – 447 с.

5.Рузавин, Г.И. Концепции современного естествознания: учебник для студ. высших учебных заведений, обучающихся по гуманитарным специальностям / Г.И. Рузавин. – 3-е изд., стер. – М.: ИНФРА-М, 2012. – 270 с.

1. Системно-структурные уровни организации многообразных форм живого достаточно многочисленны: молекулярный, субклеточный, клеточный, органотканевый, организменный, популяционный, видовой, биоценотический, биогеоценотический, биосферный. Могут быть определены и другие уровни. Но во всем многообразии уровней выделяются некоторые основные.

Критерием выделения основных уровней выступают специфические дискретные структуры и фундаментальные биологические взаимодействия. На основании этих критериев достаточно четко выделяются следующие уровни организации живого:

Уровень	Элементар	Краткая характеристика	Изучаемые
	ная		проблемы
	единица
Молекулярно-	Ген	взаимодействие	строение белков,
генетический		биологических	их функции как
		макромолекул:	ферментов или
		нуклеиновых кислот,	элементов
		белков, углеводов, а также	цитоскелета, роль
		других органических	нуклеиновых к-т в
		веществ. С этого уровня	хранении,
		начинаются важнейшие	репликации и
		процессы	реализации
		жизнедеятельности	генетич.

136

		организма: кодирование и	информации, т. е.
		передача наследственной	процессы синтеза
		информации, обмен	ДНК, РНК и
		веществ, превращение	белков
		энергии
Клеточный	Клетка	Клетка – элементарная	проблемы
		единица строения и	морфологич.
		жизнедеятельности всех	организаций
		организмов (кроме	клетки,
		вирусов, о которых	специализации
		нередко говорят как о	клеток в ходе
		неклеточных формах	развития, функций
		жизни), обладающая	клеточной
		собственным обменом	мембраны,
		веществ, способная к	механизмов и
		самостоятельному	регуляции деления
		существованию,	клетки
		самовоспроизведению и
		развитию.
Тканевый	Ткань	Ткань – это совокупность	особенности
		клеток и межклеточного	строения и
		вещества, объединенных	функций отд.
		общностью	органов и
		происхождения, строения	составляющих их
		и выполняемой функции. В	тканей
		животных организмах
		выделяют четыре
		основных типа ткани:
		эпителиальную,
		соединительную,
		мышечную и нервную. В
		растениях различают
		образовательные,
		покровные, проводящие,
		механические, основные и
		выделительные
		(секреторные) ткани.
Органный	Орган	Орган – это обособленная
		часть организма, имеющая
		определенную форму,
		строение, расположение и
		выполняющая конкретную
		функцию. Орган, как
		правило, образован

137

		несколькими тканями,
		среди которых одна (две)
		преобладает.
Организменн	Организм,	Организм – это целостная	особь и
ый	особь	одноклеточная или	свойственные ей
(онтогенетиче		многоклеточная живая	как целому черты
ский)		система, способная к	строения, физиол.
		самостоятельному	процессы, в т. ч.
		существованию.	дифференцировку,
		Многоклеточный организм	механизмы
		образован совокупностью	адаптации
		тканей и органов.	(акклимации) и
		Существование организма	поведения, в
		обеспечивается путем	частности –
		поддержания гомеостаза	нейрогумоарльные
		(постоянства структуры,	механизмы
		химического состава и	регуляции,
		физиологических	функции ЦНС
		параметров) в процессе
		взаимодействия с
		окружающей средой.
Популяционн	Популяция	Популяция – совокупность	факторы,
о-видовой	, вид	особей одного вида, в	влияющие на
уровень		течение длительного	численность
		времени проживающих на	популяций,
		определенной территории,	проблемы
		внутри которой	сохранения
		осуществляется в той или	исчезающих видов,
		иной степени случайное	динамики генетич.
		скрещивание и нет	состава
		существенных внутренних	популяций,
		изоляционных барьеров;	действие факторов
		она частично или	микроэволюции и
		полностью изолирована от	т. д.
		других популяций данного
		вида.
		Вид – совокупность
		особей, сходных по
		строению, имеющих общее
		происхождение, свободно
		скрещивающихся между
		собой и дающих
		плодовитое потомство. Все
		особи одного вида имеют

138

		одинаковый ка-риотип,
		сходное поведение и
		занимают определенный
		ареал.
		На этом уровне
		осуществляется процесс
		видообразования, который
		происходит под действием
		эволюционных факторов.
		Изменение
		генотипического состава
		популяции
Биоценотичес	Биоценоз	БИОЦЕНОЗ -	проблемы
кий		совокупность животных,	взаимоотношений
		растений, грибов и	организмов в
		микроорганизмов,	биоценозах,
		совместно населяющих	условия,
		участок суши или водоёма.	определяющие их
		Б.– составная часть	численность и
		биогеоценоза	продуктивность
		(экосистемы). Примером Б.	биоценозов,
		может служить	устойчивость
		совокупность всех живых	последних и роль
		организмов участка леса,	влияний человека
		ручья или пруда.	на сохранение
Биогеоценоти	Биогеоцен	Биогеоценоз – исторически	биоценозов и их
ческий	оз	сложившаяся совокупность	комплексов
(экосистемны		организмов разных видов,
й)		взаимодействующая со
		всеми факторами их среды
		обитания. В биогеоценозах
		осуществляется
		круговорот веществ и
		энергии.
Биосферный	Биосфера	Биосфера – биологическая	глобальные
(глобальный)		система высшего ранга,	проблемы, напр.
		охватывающая все явления	определение
		жизни в атмосфере,	интенсивности
		гидросфере и литосфере,	образования
		которая объединяет все	свободного
		биогеоценозы	кислорода растит,
		(экосистемы) в единый	покровом Земли
		комплекс. Здесь	или изменения
		происходят все	концентрации

139

		вещественно-	углекислого газа в
		энергетические	атмосфере,
		круговороты, связанные с	связанного с
		жизнедеятельностью всех	деятельностью
		живых организмов,	человека
		обитающих на Земле.

2. Фундаментальной основой современной систематики служат идеи о единстве происхождения живых организмов и эволюции органического мира, приведшей к существующему многообразию этих организмов. Руководствуясь такими идеями, современная наука строит естественную систему на основе филогенетического родства (т. е. общности происхождения, близости и дальности родственных отношений между разными видами) классифицируемых организмов. Степень же родства сравниваемых видов устанавливается на основе их морфологического, анатомического, биохимического, генетического и т. д. сходства и различия.

Для построения системы организмов применяется иерархичность (соподчинение) таксономических(систематических) единиц: виды группируются в роды, роды – в семейства, семейства – в отряды, отряды – в классы, классы – в типы. Различные типы объединяются в царства. Таксономическая единица более высокого ранга объединяет организмы по наиболее крупным и значительным, существенным и основополагающим признакам. Чем ниже ранг, тем более частный, подчиненный характер имеют признаки, по которым осуществляется группировка видов в пределах данного таксона.

А. Надцарство доядерных организмов (procaryota). Настоящее ядро с ядерной мембраной отсутствует, и генетический материал сосредоточен в т. н. нуклеоиде. ДНК обычно образует одну замкнутую в кольцо нить, которая не связана с белками и с РНК и не является ещё настоящей хромосомой, устроенной гораздо сложнее. Типичного полового процесса нет, но обмен генетическим материалом иногда осуществляется во время других (т. н. парасексуальных) процессов, не сопровождающихся слиянием нуклеоидов. Лишены центриолей, микротрубочек и митотического веретена (деление клетки амитотическое, см. Митоз), пластид и митохондрий. Опорным каркасом клеточной стенки служит гликопептид муреин. Жгутиков нет или они относительно простые. Многие представители могут фиксировать молекулярный азот. Облигатные и факультативные анаэробы и аэробы. Питание путём всасывания питательных веществ через клеточную стенку, т. е. абсорбтивное (сапротрофное или паразитное) или автотрофное. Сюда входит одно царство – дробянки (Mychotalia, или Mychota, от слова «михи», обозначающего комочки хроматина, неспособного к митозу). Многие авторы употребляют мало удачное название Monera, предложенное ещё Э. Геккелем для якобы безъядерного «рода» Protamoeba, который оказался всего лишь безъядерным фрагментом обыкновенной амёбы.