Общебиологические закономерности, проявляющиеся на клеточном и организменном уровнях

Общебиологические закономерности, проявляющиеся на клеточном и организменном уровнях

Среди все­об­щих, обу­слов­лен­ных «ин­фра­струк­ту­рой» эво­лю­ци­он­но­го про­цес­са уров­ней ор­га­ни­за­ции жизни кле­точ­но­му уров­ню при­над­ле­жит осо­бое место. Клет­ка – это струк­тур­ная и функ­ци­о­наль­ная еди­ни­ца ор­га­низ­ма, спо­соб­ная к раз­мно­же­нию и раз­ви­тию. Она со­сто­ит из ор­га­нелл – спе­ци­а­ли­зи­ро­ван­ных об­ра­зо­ва­ний, вы­пол­ня­ю­щих раз­лич­ные функ­ции (Рис. 1).

Ор­га­нел­лы клет­ки

Рис. 1. Ор­га­нел­лы клет­ки

Ор­га­низм – со­во­куп­ность кле­ток в виде спе­ци­а­ли­зи­ро­ван­ных тка­ней и ор­га­нов, са­мо­сто­я­тель­но функ­ци­о­ни­ру­ю­щих и спо­соб­ных к раз­мно­же­нию. Клет­ка, как и ор­га­низм, яв­ля­ет­ся от­кры­той си­сте­мой, ко­то­рая об­ме­ни­ва­ет­ся с окру­жа­ю­щей сре­дой ве­ще­ством и энер­ги­ей. Энер­гия может по­гло­щать­ся ве­ще­ством на­пря­мую – в виде све­то­вой энер­гии. По­гло­ще­ние све­то­вой энер­гии с за­па­са­ни­ем ее в виде энер­ге­ти­че­ских эк­ви­ва­лен­тов на­зы­ва­ет­ся фо­то­син­те­зом (Рис. 2).

Фо­то­син­тез

Рис. 2. Фо­то­син­тез

Окис­ле­ние по­треб­лен­ных ор­га­ни­че­ских и неор­га­ни­че­ских ве­ществ – это дру­гой спо­соб по­лу­че­ния энер­гии. Энер­гия, вы­де­лив­ша­я­ся при окис­ле­нии, за­па­са­ет­ся в виде энер­ге­ти­че­ских эк­ви­ва­лен­тов, это чаще всего мо­ле­ку­лы АТФ (Рис. 3).

Окис­ле­ние ор­га­ни­че­ских ве­ществ

Рис. 3. Окис­ле­ние ор­га­ни­че­ских ве­ществ

Клет­ки и ор­га­низ­мы, по­лу­ча­ю­щие энер­гию путем окис­ле­ния ор­га­ни­че­ских ве­ществ, на­зы­ва­ют­ся ге­те­ро­тро­фа­ми.

Клет­ки и ор­га­низ­мы, по­лу­ча­ю­щие энер­гию путем фо­то­син­те­за или окис­ле­ния неор­га­ни­че­ских ве­ществ, на­зы­ва­ют­ся ав­то­тро­фа­ми.

Ге­те­ро­тро­фы обыч­но тре­бу­ют для сво­е­го су­ще­ство­ва­ния кис­ло­род. Все си­сте­мы спо­соб­ны син­те­зи­ро­вать слож­ные ор­га­ни­че­ские по­ли­ме­ры из мо­но­ме­ров: белки со­сто­ят из ами­но­кис­лот, по­ли­са­ха­ри­ды – из мо­но­са­ха­ри­дов, ли­пи­ды – из жир­ных кис­лот и спир­тов, нук­ле­и­но­вые кис­ло­ты – из нук­лео­ти­дов. Мо­но­ме­ры син­те­зи­ру­ют­ся из неор­га­ни­че­ских ве­ществ, таких как уг­ле­кис­лый газ, азот и вода (Рис. 4).

Син­те­зи­ро­ва­ние по­ли­ме­ров из мо­но­ме­ров

Рис. 4. Син­те­зи­ро­ва­ние по­ли­ме­ров из мо­но­ме­ров

Толь­ко неко­то­рые клет­ки и ор­га­низ­мы спо­соб­ны син­те­зи­ро­вать мо­но­ме­ры из неор­га­ни­че­ских ве­ществ, они на­зы­ва­ют­ся ли­то­тро­фа­ми. Осталь­ные ор­га­низ­мы ис­поль­зу­ют мо­но­ме­ры, ко­то­рые по­треб­ля­ют извне, они на­зы­ва­ют­ся ор­га­но­тро­фа­ми. Ор­га­но­тро­фы по­лу­ча­ют элек­тро­ны, окис­ляя ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства, как пра­ви­ло, не син­те­зи­ру­ют мо­но­ме­ры.

Клет­ки и ор­га­низ­мы имеют свои жиз­нен­ные циклы – смену обя­за­тель­ных ста­дий жизни: рост и раз­ви­тие, раз­мно­же­ние, ста­ре­ние. Вся ин­фор­ма­ция о ста­ди­ях жизни, струк­ту­ре и прин­ци­пах функ­ци­о­ни­ро­ва­ния кле­ток и ор­га­низ­мов за­пи­са­на в виде на­след­ствен­ной, или ге­не­ти­че­ской, ин­фор­ма­ции. В ре­зуль­та­те раз­мно­же­ния клет­ка про­из­во­дит ана­ло­гич­ную до­чер­нюю клет­ку, так же и ор­га­низм спо­со­бен к раз­мно­же­нию с по­яв­ле­ни­ем но­во­го ор­га­низ­ма. Клет­ки и ор­га­низ­мы об­ла­да­ют важ­ны­ми свой­ства­ми: на­след­ствен­но­стью и из­мен­чи­во­стью (Рис. 5).

Ге­не­ти­ка: на­след­ствен­ность и из­мен­чи­вость

Рис. 5. Ге­не­ти­ка: на­след­ствен­ность и из­мен­чи­вость

На­след­ствен­ность – спо­соб­ность пе­ре­да­вать неиз­мен­ны­ми свои при­зна­ки потом­ству.

Из­мен­чи­вость – спо­соб­ность ор­га­низ­мов при­об­ре­тать новые при­зна­ки.

Для мак­си­маль­ной адап­та­ции к усло­ви­ям среды тре­бу­ет­ся ба­ланс на­след­ствен­но­сти и из­мен­чи­во­сти, бла­го­при­ят­ные усло­вия спо­соб­ству­ют на­след­ствен­но­сти, а небла­го­при­ят­ные – из­мен­чи­во­сти.

Функ­ци­о­ни­ро­ва­ние клет­ки и ор­га­низ­ма за­ви­сит от фак­то­ров внеш­ней среды и непо­сто­ян­но во вре­ме­ни, это яв­ле­ние на­зы­ва­ет­ся раз­дра­жи­мо­стью. Бла­го­да­ря раз­дра­жи­мо­сти клет­ка может гибко ре­а­ги­ро­вать на из­ме­не­ние об­сто­я­тельств. При­ме­ром может быть ми­гра­ция в по­ис­ках пищи, то есть клет­ка или ор­га­низм могут на­прав­лен­но дви­гать­ся в сто­ро­ну по­вы­ше­ния кон­цен­тра­ции пищи или, на­о­бо­рот, они могут на­прав­лен­но дви­гать­ся в об­рат­ную сто­ро­ну от небла­го­при­ят­но­го фак­то­ра – ми­гра­ция в теп­лые края. На кле­точ­ном уровне это до­сти­га­ет­ся бла­го­да­ря мо­ле­ку­лам-ре­цеп­то­рам, на ор­га­низ­мен­ном уровне бла­го­да­ря ор­га­нам-ана­ли­за­то­рам.

Эф­фек­тив­ное функ­ци­о­ни­ро­ва­ние клет­ки и ор­га­низ­ма про­ис­хо­дит бла­го­да­ря ре­гу­ля­цииРе­гу­ля­ция – при­ве­де­ние одних про­цес­сов в со­от­вет­ствие с дру­ги­ми про­цес­са­ми и фак­то­ра­ми среды. Так, на ор­га­низ­мен­ном уровне по­вы­ше­ние уров­ня са­ха­ра в крови при­во­дит к син­те­зу ин­су­ли­на – гор­мо­на, ко­то­рый от­ве­ча­ет за усво­е­ние са­ха­ра, или на­пря­же­ние мышц-сги­ба­те­лей (би­цепс) при­во­дит к ре­флек­тор­но­му рас­слаб­ле­нию мышц-раз­ги­ба­те­лей (три­цепс). На кле­точ­ном уровне – это син­тез бел­ков тем­пе­ра­тур­но­го шока в ответ на по­вы­ше­ние тем­пе­ра­ту­ры или уве­ли­че­ние вы­хо­да про­дук­тов со­от­вет­ству­ю­ще­го гена в ответ на син­тез тран­скрип­ци­он­ных фак­то­ров.

Ос­нов­ны­ми за­ко­но­мер­но­стя­ми жи­во­го, про­яв­ля­ю­щи­ми­ся на кле­точ­ном и ор­га­низ­мен­ном уровне, яв­ля­ют­ся:

1. Рост и раз­ви­тие.

2. Обмен ве­ще­ством и энер­ги­ей с окру­жа­ю­щей сре­дой.

3. Раз­дра­жи­мость.

4. Са­мо­ре­гу­ля­ция.

5. Са­мо­вос­про­из­ве­де­ние.

6. На­след­ствен­ность и из­мен­чи­вость.

Последнее изменение: Суббота, 31 Март 2018, 16:42