Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
§ 3.1.1. Основные понятия классической биологии
Дословный перевод слова биология с латинского означает «наука о жизни»: «Bios» – жизнь, «logos» – наука.
Все разделы классической биологии объясняют свойства изучаемых объектов преимущественно строением этих объектов и свойствами составляющих их компонентов, в том числе химическими или физическими. Активное использование биологами достижений физики, химии, кибернетики приводило зачастую к невозможности чёткого отделения биологии от других наук, однозначного определения, где заканчивается одна наука и начинается другая. В результате, в последние десятилетия, в рамках классической науки, помимо традиционных разделов биологии (ботаника, зоология, анатомия, физиология и др.) сформировался целый ряд более современных разделов на так называемом «стыке»: биохимия, биофизика, молекулярная биология, генная инженерия и др. Общая биология изучает закономерности существования живых тел, общие для всех разделов биологии, как традиционных, так и более современных. Важнейшим понятием общей биологии является «жизнь». Оно настолько тесно взаимосвязано с понятием «организм», что они определяются друг через друга.
Жизнь – это совокупность процессов, обеспечивающих сохранение гомеостаза, развитие и размножение организма.
Организм – любое живое существо.
Существуют две формы живых организмов по типу питания: автотрофы и гетеротрофы.
Автотрофы – организмы, способные получать самостоятельное питание за счет воды, углекислого газа, энергии солнца, энергии химических реакций. К таким организмам относятся растения и некоторые виды бактерий. В частности у растений энергия солнечного света преобразуется в энергию химических связей (растения – накопители солнечной энергии). Этот процесс называется фотосинтезом. За счет энергии солнца, СО2 и воды образуются молекулы глюкозы. В последствии, при распаде сахаров, освобождается энергия, необходимая растениям для осуществления процессов жизнедеятельности.
Некоторые бактерии используют энергию химических связей (хемосинтез). Известны бактерии, извлекающие энергию окисления аммиака в азотную кислоту, другие извлекают энергию из окисления двухвалентного железа в трехвалентное (железобактерии), или окисления сероводорода до серной кислоты (серобактерии)
Гетеротрофы – организмы, питающиеся готовыми органическими веществами (животные, многие микроорганизмы). При распаде сложных молекул пищи образуются простые вещества. При этом процессе освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности организмов.
Гомеостаз – динамичное постоянство параметров и химического состава организма, сохраняющееся при изменениях параметров внешней среды, воздействующей на него.
Например, при колебаниях температуры окружающего воздуха от +30, до –30 °С, температура тела здорового человека будет находиться в пределах от +36,2 до +36,9 °С. Соотношение концентраций ионов Н+ и ОН– в крови человека также не меняется при любом составе принятой пищи.
Развитие – возрастание уровня приспособленности к внешней среде за счёт необратимого изменения строения систем органов. Как правило, развитие организма сопровождается его ростом – увеличением размеров. В стадиях развития можно выделить два этапа – позитивное развитие и негативное развитие. При этом под негативным развитием подразумеваются деградация и старение, приводящие к уменьшению уровня приспособленности к внешней среде.
Существо признаётся живым, если в нём сохраняются процессы, обеспечивающие хотя бы одно из направлений, перечисленных в определении жизни. Например, если организм, по каким то причинам оказывается неспособным к размножению, но сохраняет способность поддерживать гомеостаз и развиваться, то такой организм считается живым. Если в силу особенностей организма не поддерживается в полном объёме гомеостаз (пресмыкающиеся, принимающие температуру окружающей среды), но сохраняется способность к развитию и размножению, такой организм также считается живым.
Следует отметить, что попытки экспериментального доказательства естественного происхождения жизни на земле из неживого материала, пока, нигде не увенчались успехом. Хотя, неорганические вещества при определённых условиях могут превращаться в органические, образовывать белковые молекулы и даже рибонуклеиновые кислоты, однако, получить из этого органического материала тело с характерными признаками жизни, ещё никому не удалось.
Между тем, стало известно, что на земле не существует геологических пород, не содержащих живого вещества. Хотя бы на уровне одноклеточных организмов. Даже самые древние породы, насчитывающие 3,5 миллиарда лет содержат включения, наличие которых можно объяснить только жизнедеятельностью микроорганизмов того времени. Всё это позволяет говорить о «геологической вечности» жизни на земле.
Теперь рассмотрим понятия, предназначенные для описания свойств живого организма:
Движение – это способность передвигаться в пространстве. У простейших (одноклеточных) организмов органами передвижения служат реснички, жгутики, ложноножки, миофибриллы, у многоклеточных организмов сложно развитые конечности. Для растений также характерна способность к движению, хотя и не столь выраженная: рассеивание семян и спор, передвижение с помощью корневищ и др.
Рост – это способность увеличиваться в размерах и массе за счет деления клеток и растяжения тканей.
Раздражимость – способность давать ответные реакции на различные раздражители (химические, физиологические и другие). Реакция может быть самой разнообразной – от механического движения (одёргивание руки от горячего утюга) до изменения химического состава тканей (изменение окраски у хамелеона).
Размножение – способность производить себе подобные организмы. Это, пожалуй, самый характерный признак живого. Любой живой организм стремится оставить после своего существования максимально большее количество потомков. Это свойство, генетически заложено в каждом живом организме. Потомки сохраняют и, в свою очередь, передают дальше генофонд родителей по наследству.
Совокупность перечисленных признаков, несомненно, характеризует живое как открытую систему, связанную с неживой природой обменом веществ и энергией, способную активно реагировать на изменения ее параметров и, по-возможности, оставлять потомство.
Метаболизм – это обмен веществ между организмом и внешней средой (рис. 3.1). Иногда под этим термином подразумевают обмен веществ между различными органами внутри организма. Таким образом, организм является открытой системой, постоянно обменивающейся веществами и энергией с внешней средой.
Организмы поглощают из окружающей среды различные вещества (пища, атмосферный воздух) и выделяют в среду продукты обмена (рис. 3.2).
Итак, живой организм существует только при условии обмена веществ, результатом которого является ассимиляция или диссимиляция.
Рис. 3.1. Простейшая схема метаболизма
АССИМИЛЯЦИЯ (или пластический обмен) – это процесс использования веществ, поступающих в организм, для «строительства» его тела.
ДИССИМИЛЯЦИЯ (энергетический обмен) – это процесс использования энергии, выделяющейся при окислении веществ, поступающих в организм.
Рис. 3.2. Схема обмена веществ между живым организмом и окружающей средой