Hijerarhijska priroda organizacije žive materije omogućava nam da je uslovno podelimo na više nivoa. Nivo organizacije žive materije- ovo je funkcionalno mjesto biološke strukture određenog stepena složenosti u opštoj hijerarhiji živih bića.

Razlikuju se sljedeći nivoi organizacije žive materije.

• Molekularni (molekularno genetski) nivo. Na ovom nivou, živa materija je organizovana u složene visokomolekularne organska jedinjenja, kao što su proteini, nukleinske kiseline itd.
• Subcelularni (supramolekularni) nivo. Na ovom nivou, živa materija je organizovana u organoidi: hromozomi, ćelijska membrana, endoplazmatski retikulum, mitohondrije, Golgijev aparat, lizozomi, ribozomi i druge subcelularne strukture.
• Ćelijski nivo. Na ovom nivou, živa materija je predstavljena ćelijama. Cell- elementarna strukturna i funkcionalna jedinica živih bića.
• Nivo organa i tkiva. Na ovom nivou, živa materija je organizovana u tkiva i organe. Tekstil- kolekcija ćelija sličnih po strukturi i funkciji, kao i međustanične supstance povezane s njima. Orgulje- dio višećelijskog organizma koji obavlja određenu funkciju ili funkcije.
• Organski (ontogenetski) nivo. Na ovom nivou, živa materija je predstavljena organizmima. Organizam(pojedinac, pojedinac) je nedjeljiva jedinica života, njegov stvarni nosilac, karakteriziran svim svojim karakteristikama.
• Nivo populacija-vrsta. Na ovom nivou, živa materija je organizovana u populaciju. Populacija- skup jedinki iste vrste, koji čine poseban genetski sistem koji postoji dugo vremena u određenom dijelu areala, relativno odvojeno od ostalih populacija iste vrste. Pogled- skup jedinki (populacija jedinki) sposobnih da se ukrštaju i formiraju plodno potomstvo i zauzimaju određeno područje (područje) u prirodi.
• Biocenotski nivo. Na ovom nivou, živa materija formira biocenoze. Biocenoza- skup populacija različitih vrsta koje žive na određenoj teritoriji.
• Biogeocenotski nivo. Na ovom nivou, živa materija formira biogeocenoze. Biogeocenoza- skup biocenoza i abiotičkih faktora staništa (klima, tlo).
• Nivo biosfere. Na ovom nivou, živa materija formira biosferu. Biosfera je ljuska Zemlje preobražena djelovanjem živih organizama.

Treba napomenuti da se biogeocenotski i biosferni nivoi organizacije žive tvari ne razlikuju uvijek, jer su predstavljeni bioinertnim sistemima, uključujući ne samo živu, već i neživu materiju. Također, subcelularni i organsko-tkivni nivoi se često ne razlikuju, uključujući ih u ćelijski i nivo organizma.

Postoje takvi nivoi organizacije žive materije – nivoi biološke organizacije: molekularni, ćelijski, tkivni, organski, organizmski, populacijsko-vrsta i ekosistem.

Molekularni nivo organizacije- ovo je nivo funkcionisanja bioloških makromolekula - biopolimera: nukleinske kiseline, proteini, polisaharidi, lipidi, steroidi. Od ovog nivoa počinju najvažniji životni procesi: metabolizam, konverzija energije, prijenos nasljedne informacije. Ovaj nivo se izučava: biohemija, molekularna genetika, molekularna biologija, genetika, biofizika.

Ćelijski nivo- ovo je nivo ćelija (ćelije bakterija, cijanobakterija, jednostanične životinje i alge, jednoćelijske gljive, ćelije višećelijskih organizama). Ćelija je strukturna jedinica živih bića, funkcionalna jedinica, jedinica razvoja. Ovaj nivo proučavaju citologija, citohemija, citogenetika i mikrobiologija.

Nivo organizacije tkiva- ovo je nivo na kojem se proučava struktura i funkcionisanje tkiva. Ovaj nivo proučavaju histologija i histohemija.

Organski nivo organizacije- Ovo je nivo organa višećelijskih organizama. Anatomija, fiziologija i embriologija proučavaju ovaj nivo.

Organski nivo organizacije- ovo je nivo jednoćelijskih, kolonijalnih i višećelijskih organizama. Specifičnost nivoa organizma je da se na ovom nivou dešava dekodiranje i implementacija genetskih informacija, formiranje karakteristika svojstvenih jedinkama date vrste. Ovaj nivo proučavaju morfologija (anatomija i embriologija), fiziologija, genetika i paleontologija.

Nivo populacija-vrsta- ovo je nivo agregata pojedinaca - populacije I vrste. Ovaj nivo proučavaju sistematika, taksonomija, ekologija, biogeografija, populaciona genetika. Na ovom nivou, genetski i ekološke karakteristike populacija, osnovno evolucijski faktori i njihov uticaj na genetski fond (mikroevoluciju), problem očuvanja vrsta.

Nivo organizacije ekosistema- ovo je nivo mikroekosistema, mezoekosistema, makroekosistema. Na ovom nivou proučavaju se vrste ishrane, vrste odnosa između organizama i populacija u ekosistemu, veličina populacije, dinamika populacije, gustina naseljenosti, produktivnost ekosistema, sukcesija. Ovaj nivo proučava ekologiju.

Takođe istaknuti nivo organizacije biosfereživa materija. Biosfera je gigantski ekosistem koji zauzima dio geografskog omotača Zemlje. Ovo je mega ekosistem. U biosferi se odvija kruženje supstanci i hemijskih elemenata, kao i transformacija sunčeve energije.

2. Osnovna svojstva žive materije

Metabolizam (metabolizam)

Metabolizam (metabolizam) je skup hemijskih transformacija koje se dešavaju u živim sistemima koje obezbeđuju njihovu vitalnu aktivnost, rast, reprodukciju, razvoj, samoodržanje, stalni kontakt sa okolinom i sposobnost prilagođavanja njoj i njenim promenama. Tokom metaboličkog procesa, molekuli koji čine ćelije se razgrađuju i sintetišu; formiranje, uništavanje i obnavljanje staničnih struktura i međustanične supstance. Metabolizam se zasniva na međusobno povezanim procesima asimilacije (anabolizam) i disimilacije (katabolizam). Asimilacija - procesi sinteze složenih molekula iz jednostavnih uz utrošak energije pohranjene tokom disimilacije (kao i akumulaciju energije tokom taloženja sintetiziranih supstanci). Disimilacija je proces razgradnje (anaerobne ili aerobne) složenih organskih jedinjenja, do kojeg dolazi oslobađanjem energije neophodne za funkcionisanje organizma. Za razliku od tijela nežive prirode, razmjena sa okolinom za žive organizme je uslov njihovog postojanja. U tom slučaju dolazi do samoobnavljanja. Metabolički procesi koji se odvijaju unutar tijela kombiniraju se u metaboličke kaskade i cikluse kemijskim reakcijama koje su strogo uređene u vremenu i prostoru. Koordinirano odvijanje velikog broja reakcija u malom volumenu postiže se uređenom raspodjelom pojedinih metaboličkih jedinica u ćeliji (princip kompartmentalizacije). Metabolički procesi se regulišu uz pomoć biokatalizatora - posebnih enzimskih proteina. Svaki enzim ima specifičnost supstrata da katalizira konverziju samo jednog supstrata. Ova specifičnost se zasniva na svojevrsnom "prepoznavanju" supstrata od strane enzima. Enzimska kataliza se razlikuje od nebiološke katalize po izuzetno visokoj efikasnosti, zbog čega se brzina odgovarajuće reakcije povećava za 1010 - 1013 puta. Svaki molekul enzima je sposoban da izvrši od nekoliko hiljada do nekoliko miliona operacija u minuti, a da se ne uništi tokom sudjelovanja u reakcijama. Još jedna karakteristična razlika između enzima i nebioloških katalizatora je ta što enzimi mogu ubrzati reakcije u normalnim uvjetima (atmosferski tlak, tjelesna temperatura, itd.). Svi živi organizmi mogu se podijeliti u dvije grupe - autotrofi i heterotrofi, koji se razlikuju u izvorima energije i potrebnim tvarima za njihov život. Autotrofi su organizmi koji sintetiziraju organska jedinjenja iz anorganskih supstanci koristeći energiju sunčeve svjetlosti (fotosintetika - zelene biljke, alge, neke bakterije) ili energiju dobivenu oksidacijom anorganskog supstrata (kemosintetika - sumpor, željezne bakterije i neke druge). mogu sintetizirati sve komponente ćelije. Uloga fotosintetskih autotrofa u prirodi je odlučujuća – kao primarni proizvođač organske tvari u biosferi, oni osiguravaju postojanje svih drugih organizama i tok biogeokemijskih ciklusa u ciklusu tvari na Zemlji. Heterotrofi (sve životinje, gljive, većina bakterija, neke biljke bez klorofila) su organizmi koji za svoje postojanje zahtijevaju gotove organske tvari, koje, kada se unose kao hrana, služe i kao izvor energije i neophodan „građevinski materijal“ . Karakteristična karakteristika heterotrofa je prisustvo amfibolizma, tj. proces stvaranja malih organskih molekula (monomera) nastalih tokom varenja hrane (proces razgradnje složenih supstrata). Takvi molekuli - monomeri - koriste se za sklapanje vlastitih složenih organskih spojeva.

Samoreprodukcija (reprodukcija)

Sposobnost reprodukcije (reproduciranja vlastite vrste, samoreprodukcije) jedno je od osnovnih svojstava živih organizama. Reprodukcija je neophodna kako bi se osigurao kontinuitet postojanja vrsta, jer Životni vijek pojedinog organizma je ograničen. Reprodukcija više nego nadoknađuje gubitke uzrokovane prirodnom smrću jedinki i tako održava očuvanje vrste tokom generacija jedinki. U procesu evolucije živih organizama došlo je do evolucije metoda razmnožavanja. Stoga, u brojnim i raznolikim vrstama živih organizama koje trenutno postoje, nalazimo različite oblike razmnožavanja. Mnoge vrste organizama kombiniraju nekoliko metoda razmnožavanja. Potrebno je razlikovati dva fundamentalno različita tipa reprodukcije organizama - aseksualnu (primarni i starija vrsta reprodukcije) i seksualnu. U procesu aseksualne reprodukcije iz jedne ili grupe ćelija (u višećelijskim organizmima) majčinog organizma formira se nova jedinka. U svim oblicima aseksualne reprodukcije, potomci imaju genotip (skup gena) identičan majčinom. Posljedično, svi potomci jednog majčinskog organizma ispadaju genetski homogeni, a jedinke kćeri imaju isti skup karakteristika. U seksualnom razmnožavanju, nova jedinka se razvija iz zigota, koji nastaje spajanjem dvije specijalizirane zametne stanice (proces oplodnje) koje proizvode dva roditeljska organizma. Jezgro u zigoti sadrži hibridni skup hromozoma, nastao kao rezultat kombinovanja setova hromozoma spojenih jezgara gameta. U jezgru zigota nastaje nova kombinacija nasljednih sklonosti (gena), koju podjednako unose oba roditelja. A ćerki organizam koji se razvija iz zigote imaće novu kombinaciju karakteristika. Drugim riječima, tokom polne reprodukcije dolazi do kombinativnog oblika nasljedne varijabilnosti organizama, koji osigurava adaptaciju vrsta na promjenjive uslove sredine i predstavlja bitan faktor u evoluciji. Ovo je značajna prednost seksualne reprodukcije u odnosu na aseksualnu reprodukciju. Sposobnost živih organizama da se sami razmnožavaju zasniva se na jedinstvenom svojstvu nukleinskih kiselina za reprodukciju i fenomenu matriksne sinteze, koja je u osnovi formiranja molekula nukleinske kiseline i proteina. Samoreprodukcija na molekularnom nivou određuje i implementaciju metabolizma u ćelijama i samoreprodukciju samih ćelija. Podjela ćelija (samoreprodukcija ćelije) je u osnovi individualnog razvoja višećelijskih organizama i reprodukcije svih organizama. Reprodukcija organizama osigurava samoreprodukciju svih vrsta koje nastanjuju Zemlju, što zauzvrat određuje postojanje biogeocenoza i biosfere.

Nasljednost i varijabilnost

Nasljednost obezbjeđuje materijalni kontinuitet (tok genetskih informacija) između generacija organizama. Usko je povezan s reprodukcijom na molekularnom, subćelijskom i ćelijskom nivou. Genetske informacije koje određuju raznolikost nasljednih osobina su šifrirane u molekularnoj strukturi DNK (u RNK za neke viruse). Geni kodiraju informacije o strukturi sintetiziranih proteina, enzimskih i strukturnih. Genetski kod je sistem za “snimanje” informacija o sekvenci aminokiselina u sintetizovanim proteinima koristeći sekvencu nukleotida u molekulu DNK. Skup svih gena organizma naziva se genotip, a skup karakteristika naziva se fenotip. Fenotip zavisi kako od genotipa, tako i od unutrašnjih i spoljašnjih faktora sredine koji utiču na aktivnost gena i određuju redovne procese. Pohranjivanje i prijenos nasljednih informacija u svim organizmima vrši se uz pomoć nukleinskih kiselina, genetski kod je isti za sva živa bića na Zemlji, tj. to je univerzalno. Zahvaljujući naslijeđu, osobine se prenose s generacije na generaciju koje osiguravaju adaptaciju organizama na njihovu okolinu. Ako bi se tokom razmnožavanja organizama manifestovao samo kontinuitet postojećih znakova i svojstava, tada bi u pozadini promjenjivih uvjeta okoline postojanje organizama bilo nemoguće, jer je neophodan uvjet za život organizama njihova prilagodljivost uvjetima njihovog života. okruženje. Postoji varijabilnost u raznolikosti organizama koji pripadaju istoj vrsti. Varijabilnost se može pojaviti kod pojedinačnih organizama tokom njihovog individualnog razvoja ili unutar grupe organizama tokom niza generacija tokom reprodukcije. Postoje dva glavna oblika varijabilnosti, koja se razlikuju po mehanizmima nastanka, prirodi promjena karakteristika i, konačno, njihovom značaju za postojanje živih organizama – genotipska (nasljedna) i modifikacija (nenasljedna). Genotipska varijabilnost povezana je s promjenom genotipa i dovodi do promjene fenotipa. Genotipska varijabilnost može se zasnivati ​​na mutacijama (mutaciona varijabilnost) ili novim kombinacijama gena koje nastaju tokom procesa oplodnje tokom seksualne reprodukcije. U mutacijskom obliku, promjene su povezane prvenstveno s greškama tokom replikacije nukleinskih kiselina. Tako se pojavljuju novi geni koji nose nove genetske informacije; pojavljuju se novi znakovi. A ako su novonastali karakteri korisni organizmu pod određenim uslovima, onda ih „pokupi“ i „fiksira“ prirodna selekcija. Dakle, prilagodljivost organizama na uslove sredine, raznovrsnost organizama zasnovana je na naslednoj (genotipskoj) varijabilnosti i stvaraju se preduslovi za pozitivnu evoluciju. Kod nenasljedne (modifikujuće) varijabilnosti, promjene u fenotipu nastaju pod utjecajem faktora okoline i nisu povezane s promjenama genotipa. Modifikacije (promjene karakteristika tokom modifikacijske varijabilnosti) se dešavaju u granicama norme reakcije, koja je pod kontrolom genotipa. Izmjene se ne prenose na sljedeće generacije. Značaj modifikacione varijabilnosti je u tome što obezbeđuje adaptabilnost organizma na faktore sredine tokom njegovog života.

Individualni razvoj organizama

Sve žive organizme karakteriše proces individualnog razvoja - ontogeneza. Tradicionalno, ontogenija se shvata kao proces individualnog razvoja višećelijskog organizma (nastalog kao rezultat seksualne reprodukcije) od trenutka formiranja zigota do prirodne smrti pojedinca. Zbog diobe zigota i narednih generacija stanica formira se višećelijski organizam koji se sastoji od ogromnog broja različitih tipova stanica, različitih tkiva i organa. Razvoj organizma zasniva se na „genetskom programu“ (ugrađen u gene hromozoma zigota) i odvija se u specifičnim uslovima sredine, koji značajno utiču na proces implementacije genetskih informacija tokom individualnog postojanja pojedinac. U ranim fazama individualnog razvoja dolazi do intenzivnog rasta (povećanje mase i veličine), uzrokovan reprodukcijom molekula, ćelija i drugih struktura, te diferencijacijom, tj. pojava razlika u strukturi i komplikacije funkcija. U svim fazama ontogeneze različiti faktori sredine (temperatura, gravitacija, pritisak, sastav hrane u pogledu sadržaja hemijskih elemenata i vitamina, različiti fizički i hemijski agensi) imaju značajan regulatorni uticaj na razvoj organizma. Proučavanje uloge ovih faktora u procesu individualnog razvoja životinja i ljudi ima veliki praktični značaj, koji se povećava kako se antropogeni uticaj na prirodu intenzivira. U različitim oblastima biologije, medicine, veterine i drugih nauka široko se provode istraživanja radi proučavanja procesa normalnog i patološkog razvoja organizama i razjašnjavanja obrazaca ontogeneze.

Razdražljivost

Integralno svojstvo organizama i svih živih sistema je razdražljivost - sposobnost da se percipiraju vanjski ili unutrašnji podražaji (udari) i da se na njih adekvatno odgovori. Kod organizama razdražljivost je praćena kompleksom promjena koje se izražavaju u pomacima u metabolizmu, električnom potencijalu na ćelijskim membranama, fizičko-hemijskim parametrima u citoplazmi stanica, u motoričkim reakcijama, a visoko organizirane životinje karakteriziraju promjene u njihovom ponašanju.

4. Centralna dogma molekularne biologije- generalizirajuće pravilo za implementaciju genetskih informacija posmatranih u prirodi: informacije se prenose iz nukleinske kiseline To vjeverica, ali ne u suprotnom smjeru. Pravilo je formulisano Francis Crick V 1958 godine i uskladio sa podacima prikupljenim do tada u 1970 godine. Prijenos genetskih informacija iz DNK To RNA i od RNK do vjeverica univerzalan je za sve ćelijske organizme bez izuzetka; on je u osnovi biosinteze makromolekula. Replikacija genoma odgovara informacijskoj tranziciji DNK → DNK. U prirodi postoje i prijelazi RNA → RNA i RNA → DNK (na primjer, kod nekih virusa), kao i promjene konformacija proteini koji se prenose s molekula na molekul.

Univerzalne metode prenošenja bioloških informacija

U živim organizmima postoje tri vrste heterogenih, odnosno sastoje se od različitih polimernih monomera - DNK, RNK i proteina. Informacije se mogu prenositi između njih na 3 x 3 = 9 načina. Centralna dogma dijeli ovih 9 vrsta prijenosa informacija u tri grupe:

Općenito - nalazi se u većini živih organizama;

Specijalno - pronađeno kao izuzetak, u virusi i na elementi mobilnog genoma ili u biološkim uslovima eksperiment;

Nepoznato - nije pronađeno.

Replikacija DNK (DNK → DNK)

DNK je glavni način prenošenja informacija između generacija živih organizama, tako da je precizno umnožavanje (replikacija) DNK vrlo važno. Replikaciju vrši kompleks proteina koji se opuštaju hromatin, zatim dvostruka spirala. Nakon toga, DNK polimeraza i povezani proteini grade identičnu kopiju na svakom od dva lanca.

Transkripcija (DNK → RNA)

Transkripcija je biološki proces zbog kojeg se informacije sadržane u dijelu DNK kopiraju na sintetizirani molekul glasničku RNA. Transkripcija se vrši transkripcijski faktori I RNA polimeraza. IN eukariotske ćelije primarni transkript (pre-mRNA) se često uređuje. Ovaj proces se zove spajanje.

Prijevod (RNA → protein)

Čita se zrela mRNA ribozomi tokom procesa emitovanja. IN prokariotski U ćelijama procesi transkripcije i translacije nisu prostorno odvojeni, već su ti procesi povezani. IN eukariotskićelijsko mjesto transkripcije ćelijsko jezgro odvojeno od lokacije emitovanja ( citoplazma) nuklearna membrana, dakle mRNA transportuje se iz jezgra u citoplazmu. mRNA se čita od strane ribosoma u obliku tri nukleotida"riječi". Kompleksi inicijacijski faktori I faktori elongacije isporučuju aminoacilirane transfer RNK na kompleks mRNA-ribosom.

5. Reverzna transkripcija je proces formiranja dvolančanog DNK na jednolančanoj matrici RNA. Ovaj proces se zove obrnuto transkripcija, budući da se prijenos genetske informacije događa u “obrnutom” smjeru u odnosu na transkripciju.

Ideja o obrnutoj transkripciji u početku je bila vrlo nepopularna jer je bila u suprotnosti centralna dogma molekularne biologije, što je sugerisalo da je DNK transkribovano do RNK i dalje emitovanje u proteine. Pronađeno u retrovirusi, Na primjer, HIV i u slučaju retrotranspozoni.

Transdukcija(od lat. transductio- kretanje) - proces prijenosa bakterijski DNK iz jedne ćelije u drugu bakteriofag. Opća transdukcija se koristi u bakterijskoj genetici za mapiranje genoma i dizajn sojeva. I umjereni fagi i virulentni su sposobni za transdukciju, ali potonji uništavaju populaciju bakterija, pa transdukcija uz njihovu pomoć nije od velike važnosti ni u prirodi ni u istraživanju.

Molekul DNK vektora je molekul DNK koji djeluje kao nosač. Molekul nosača mora imati niz karakteristika:

Sposobnost autonomne replikacije u ćeliji domaćinu (obično bakterijskoj ili kvasnoj)

Prisustvo selektivnog markera

Dostupnost pogodnih mjesta za ograničavanje

Bakterijski plazmidi najčešće djeluju kao vektori.

Sva živa priroda je skup bioloških sistema različitih nivoa organizacije i različite podređenosti.
Nivo organizacije žive materije shvata se kao funkcionalno mesto koje data biološka struktura zauzima u opštem sistemu organizacije prirode.

Nivo organizacije žive materije je skup kvantitativnih i kvalitativnih parametara određenog biološkog sistema (ćelije, organizma, populacije itd.), koji određuju uslove i granice njegovog postojanja.

Postoji nekoliko nivoa organizacije živih sistema, koji odražavaju podređenost i hijerarhiju strukturalne organizacije života.

• Molekularni (molekularno genetski) nivo predstavljeni pojedinačnim biopolimerima (DNK, RNK, proteini, lipidi, ugljeni hidrati i druga jedinjenja); Na ovom nivou života proučavaju se pojave koje se odnose na promjene (mutacije) i reprodukciju genetskog materijala i metabolizam. To radi nauka - molekularna biologija.
• Cellularnivo- nivo na kojem život postoji u obliku ćelije - strukturne i funkcionalne jedinice života, proučava citologija. Na ovom nivou se proučavaju procesi kao što su metabolizam i energija, razmjena informacija, reprodukcija, fotosinteza, prijenos nervnih impulsa i mnogi drugi.

Ćelija je strukturna jedinica svih živih bića.

• Nivo tkiva proučava histologiju.

Tkivo je skup međustaničnih supstanci i ćelija sličnih po strukturi, porijeklu i funkcijama.

• Orguljenivo. Organ uključuje nekoliko tkiva.
• Organskinivo- samostalno postojanje pojedinca - proučava se jednoćelijski ili višećelijski organizam, na primjer fiziologija i autekologija (ekologija jedinki). Pojedinac kao integralni organizam predstavlja elementarnu jedinicu života. Život u prirodi ne postoji ni u jednom drugom obliku.

Organizam je pravi nosilac života, karakteriziran svim svojim svojstvima.

• Populacija-vrstanivo- nivo, koji predstavlja grupa jedinki iste vrste - populacija; U populaciji se dešavaju elementarni evolucijski procesi (akumulacija, ispoljavanje i selekcija mutacija). Ovaj nivo organizacije proučavaju nauke kao što su deekologija (ili populaciona ekologija) i evoluciona nauka.

Populacija je skup jedinki iste vrste koje dugo postoje na određenoj teritoriji, slobodno se križaju i relativno su izolirane od drugih jedinki iste vrste.

• Biogeocenoticnivo- predstavljaju zajednice (ekosistemi) koje se sastoje od različitih populacija i njihovih staništa. Ovaj nivo organizacije proučava biocenologija ili sinekologija (ekologija zajednica).

Biogeocenoza je skup svih vrsta različite složenosti organizacije i svih faktora njihovog staništa.

• Biosferanivo- nivo koji predstavlja ukupnost svih biogeocenoza. U biosferi se odvija kruženje supstanci i transformacija energije uz učešće organizama.

Definicija biologije kao nauke. Povezanost biologije sa drugim naukama. Značaj biologije za medicinu. Definicija pojma „život“ u sadašnjoj fazi nauke. Osnovna svojstva živih bića.

Biologija(grčki bios - "život"; logos - učenje) - nauka o životu (divlji život), jedna od prirodnih nauka, čiji su predmet živa bića i njihova interakcija sa okolinom. Biologija je proučavanje svih aspekata života, posebno strukture, funkcioniranja, rasta, porijekla, evolucije i distribucije živih organizama na Zemlji. Klasificira i opisuje živa bića, porijeklo njihovih vrsta i njihove međusobne interakcije i s okolinom.

Odnos biologije i drugih nauka: Biologija je usko povezana sa drugim naukama i ponekad je veoma teško povući granicu između njih. Proučavanje aktivnosti ćelije uključuje proučavanje molekularnih procesa koji se odvijaju unutar ćelije; ovaj dio se naziva molekularna biologija i ponekad se odnosi na hemiju, a ne na biologiju. Hemijske reakcije koje se dešavaju u tijelu proučava biohemija, nauka koja je znatno bliža hemiji nego biologiji. Mnoge aspekte fizičkog funkcionisanja živih organizama proučava biofizika, koja je veoma blisko povezana sa fizikom. Proučavanje velikog broja bioloških objekata neraskidivo je povezano s takvim naukama kao što je matematička statistika. Ponekad se ekologija izdvaja kao samostalna nauka - nauka o interakciji živih organizama sa okolinom (živom i neživom prirodom). Nauka koja proučava zdravlje živih organizama odavno se pojavila kao posebna oblast znanja. Ova oblast obuhvata veterinu i veoma važnu primenjenu nauku - medicinu, koja je odgovorna za zdravlje ljudi.

Značaj biologije za medicinu:

Genetska istraživanja omogućila su razvoj metoda za ranu dijagnozu, liječenje i prevenciju nasljednih ljudskih bolesti;

Selekcija mikroorganizama omogućava dobijanje enzima, vitamina, hormona neophodnih za lečenje niza bolesti;

Genetski inženjering omogućava proizvodnju biološki aktivnih spojeva i lijekova;

Definicija pojma „život“ u sadašnjoj fazi nauke. Osnovna svojstva živih bića: Prilično je teško dati potpunu i nedvosmislenu definiciju koncepta života, s obzirom na ogromnu raznolikost njegovih manifestacija. Većina definicija pojma života, koje su dali mnogi naučnici i mislioci tokom vekova, uzimala je u obzir vodeće osobine koje razlikuju živo od neživog. Na primjer, Aristotel je rekao da je život "ishrana, rast i dotrajalost" tijela; A. L. Lavoisier je definisao život kao „hemijsku funkciju“; G. R. Treviranus je vjerovao da je život “stabilna uniformnost procesa s razlikama u vanjskim utjecajima”. Jasno je da takve definicije nisu mogle zadovoljiti naučnike, jer nisu (i nisu mogle odražavati) sva svojstva žive materije. Osim toga, zapažanja pokazuju da svojstva živih nisu izuzetna i jedinstvena, kao što se ranije činilo, oni se nalaze odvojeno među neživim objektima. A.I. Oparin je definisao život kao „poseban, veoma složen oblik kretanja materije“. Ova definicija odražava kvalitativnu jedinstvenost života, koja se ne može svesti na jednostavne hemijske ili fizičke zakone. Međutim, čak iu ovom slučaju, definicija je opšte prirode i ne otkriva specifičnu posebnost ovog pokreta.

F. Engels je u „Dijalektici prirode“ napisao: „Život je način postojanja proteinskih tela čija je suštinska tačka razmena materije i energije sa okolinom“.

Za praktičnu primjenu korisne su one definicije koje sadrže osnovna svojstva koja su nužno svojstvena svim živim oblicima. Evo jednog od njih: život je makromolekularni otvoreni sistem koji karakteriše hijerarhijska organizacija, sposobnost samoreprodukcije, samoodržanje i samoregulacija, metabolizam i fino regulisan protok energije. Prema ovoj definiciji, život je srž reda koji se širi kroz manje uređen univerzum.

Život postoji u obliku otvorenih sistema. To znači da bilo koji živi oblik nije zatvoren samo u sebi, već stalno razmjenjuje materiju, energiju i informacije sa okolinom.

2. Evolucijski određeni nivoi organizacije života: Postoje takvi nivoi organizacije žive materije – nivoi biološke organizacije: molekularni, ćelijski, tkivni, organski, organizmski, populacijsko-vrsta i ekosistem.

Molekularni nivo organizacije- ovo je nivo funkcionisanja bioloških makromolekula - biopolimera: nukleinske kiseline, proteini, polisaharidi, lipidi, steroidi. Od ovog nivoa počinju najvažniji životni procesi: metabolizam, konverzija energije, prijenos nasljednih informacija. Ovaj nivo se izučava: biohemija, molekularna genetika, molekularna biologija, genetika, biofizika.

Ćelijski nivo- ovo je nivo ćelija (ćelije bakterija, cijanobakterija, jednostanične životinje i alge, jednoćelijske gljive, ćelije višećelijskih organizama). Ćelija je strukturna jedinica živih bića, funkcionalna jedinica, jedinica razvoja. Ovaj nivo proučavaju citologija, citohemija, citogenetika i mikrobiologija.

Nivo organizacije tkiva- ovo je nivo na kojem se proučava struktura i funkcionisanje tkiva. Ovaj nivo proučavaju histologija i histohemija.

Organski nivo organizacije- Ovo je nivo organa višećelijskih organizama. Anatomija, fiziologija i embriologija proučavaju ovaj nivo.

Organski nivo organizacije- ovo je nivo jednoćelijskih, kolonijalnih i višećelijskih organizama. Specifičnost nivoa organizma je da se na ovom nivou dešava dekodiranje i implementacija genetskih informacija, formiranje karakteristika svojstvenih jedinkama date vrste. Ovaj nivo proučavaju morfologija (anatomija i embriologija), fiziologija, genetika i paleontologija.

Nivo populacija-vrsta- ovo je nivo agregata pojedinaca - populacija i vrsta. Ovaj nivo proučavaju sistematika, taksonomija, ekologija, biogeografija i populaciona genetika. Na ovom nivou proučavaju se genetičke i ekološke karakteristike populacija, elementarni evolucijski faktori i njihov uticaj na genetski fond (mikroevoluciju), te problem očuvanja vrsta.

Biogeocenotski nivo organizacije života - predstavljene raznim prirodnim i kulturnim biogeocenozama u svim životnim sredinama . Komponente- Populacije raznih vrsta; Faktori okoline ; Mreže hrane, tokovi materije i energije ; Osnovni procesi; Biohemijski ciklus supstanci i protok energije koji podržavaju život ; Ravnoteža tečnosti između živih organizama i abiotičke sredine (homeostaza) ; Omogućavanje živim organizmima životnih uslova i resursa (hrana i sklonište) Nauke koje provode istraživanja na ovom nivou: Biogeografija, Biogeocenologija Ekologija

Nivo organizacije života biosfere

Predstavlja ga najviši, globalni oblik organizacije biosistema – biosfera. Komponente - Biogeocenoze; Antropogeni uticaj; Osnovni procesi; Aktivna interakcija žive i nežive materije planete; Biološka globalna cirkulacija materije i energije;

Aktivno biogeohemijsko učešće čovjeka u svim procesima biosfere, njegovim ekonomskim i etnokulturnim aktivnostima

Nauke koje sprovode istraživanja na ovom nivou: Ekologija; Globalna ekologija; Ekologija svemira; Socijalna ekologija.

NIVOI ŽIVOTNE ORGANIZACIJE

Postoje molekularni, ćelijski, tkivni, organski, organizmski, populacijski, vrsta, biocenotički i globalni (biosferni) nivoi organizacije živih bića. Na svim ovim nivoima ispoljavaju se sva svojstva karakteristična za živa bića. Svaki od ovih nivoa karakterišu karakteristike svojstvene drugim nivoima, ali svaki nivo ima svoje specifične karakteristike.

Molekularni nivo. Ovaj nivo je duboko u organizaciji živih bića i predstavljen je molekulima nukleinskih kiselina, proteina, ugljikohidrata, lipida i steroida koji se nalaze u stanicama i nazivaju se biološkim molekulima. Na ovom nivou počinju i odvijaju se najvažniji životni procesi (kodiranje i prijenos nasljednih informacija, disanje, metabolizam i energija, varijabilnost itd.). Fizička i hemijska specifičnost ovog nivoa je da sastav živih bića uključuje veliki broj hemijskih elemenata, ali najveći deo živih bića predstavljaju ugljenik, kiseonik, vodonik i azot. Molekule se formiraju iz grupe atoma, a od potonjih nastaju složena hemijska jedinjenja koja se razlikuju po strukturi i funkciji. Većina ovih spojeva u stanicama predstavljena je nukleinskim kiselinama i proteinima, čije su makromolekule polimeri sintetizirani kao rezultat stvaranja monomera i njihove kombinacije određenim redoslijedom. Osim toga, monomeri makromolekula unutar istog jedinjenja imaju iste hemijske grupe i povezani su hemijskim vezama između atoma, njihovim nespecifičnim

kalni dijelovi (područja). Sve makromolekule su univerzalne, jer su građene po istom planu, bez obzira na njihovu vrstu. Budući da su univerzalni, oni su istovremeno i jedinstveni, jer je njihova struktura neponovljiva. Na primjer, nukleotidi DNK sadrže jednu dušičnu bazu od četiri poznate (adenin, gvanin, citozin ili timin), zbog čega je svaki nukleotid jedinstven po svom sastavu. Sekundarna struktura molekula DNK je također jedinstvena.

Biološka specifičnost molekularnog nivoa određena je funkcionalnom specifičnošću bioloških molekula. Na primjer, specifičnost nukleinskih kiselina leži u činjenici da one kodiraju genetske informacije o sintezi proteina. Štaviše, ovi procesi se odvijaju kao rezultat istih metaboličkih koraka. Na primjer, biosinteza nukleinskih kiselina, aminokiselina i proteina odvija se po sličnom obrascu u svim organizmima. Oksidacija masnih kiselina, glikoliza i druge reakcije su također univerzalne.

Specifičnost proteina određena je specifičnim slijedom aminokiselina u njihovim molekulima. Ova sekvenca dalje određuje specifična biološka svojstva proteina, budući da su oni glavni strukturni elementi ćelija, katalizatori i regulatori reakcija u ćelijama. Ugljikohidrati i lipidi služe kao najvažniji izvori energije, dok su steroidi važni za regulaciju brojnih metaboličkih procesa.

Na molekularnom nivou energija se pretvara - energija zračenja u hemijsku energiju, pohranjenu u ugljenim hidratima i drugim hemijskim jedinjenjima, a hemijska energija ugljenih hidrata i drugih molekula - u biološki dostupnu energiju, pohranjenu u obliku makroergijskih veza ATP-a. Konačno, ovdje se energija visokoenergetskih fosfatnih veza pretvara u rad - mehanički, električni, kemijski, osmotski. Mehanizmi svih metaboličkih i energetskih procesa su univerzalni.

Biološki molekuli također osiguravaju kontinuitet između molekula i sljedećeg nivoa (ćelijskog), budući da su materijal od kojeg se formiraju supramolekularne strukture. Molekularni nivo je „arena“ hemijskih reakcija koje obezbeđuju energiju ćelijskom nivou.

Ćelijski nivo. Ovaj nivo organizacije živih bića predstavljen je ćelijama koje deluju kao nezavisne organizacije.

mov (bakterije, protozoe, itd.), kao i ćelije višećelijskih organizama. Najvažnija specifičnost ovog nivoa je da život počinje sa njim. Pošto su sposobne za život, rast i reprodukciju, ćelije su glavni oblik organizacije žive materije, elementarne jedinice od kojih su izgrađena sva živa bića (prokarioti i eukarioti). Ne postoje fundamentalne razlike u strukturi i funkciji između biljnih i životinjskih ćelija. Neke razlike se tiču ​​samo strukture njihovih membrana i pojedinačnih organela. Uočljive su razlike u strukturi između prokariotskih ćelija i eukariotskih ćelija, ali su u funkcionalnom smislu te razlike izravnane, jer pravilo „ćelija od ćelije“ važi svuda.

Specifičnost ćelijskog nivoa je određena specijalizacijom ćelija, postojanjem ćelija kao specijalizovanih jedinica višećelijskog organizma. Na ćelijskom nivou dolazi do diferencijacije i uređenja vitalnih procesa u prostoru i vremenu, što je povezano sa dodjeljivanjem funkcija različitim subćelijskim strukturama. Na primjer, eukariotske ćelije imaju značajno razvijene membranske sisteme (plazma membrana, citoplazmatski retikulum, lamelarni kompleks) i ćelijske organele (nukleus, hromozomi, centriole, mitohondrije, plastidi, lizozomi, ribozomi). Membranske strukture su „arena“ za najvažnije životne procese, a dvoslojna struktura membranskog sistema značajno povećava površinu „arene“. Osim toga, membranske strukture osiguravaju prostorno odvajanje mnogih bioloških molekula u stanicama, a njihovo fizičko stanje omogućava konstantno difuzno kretanje nekih proteinskih i fosfolipidnih molekula koje sadrže. Dakle, membrane su sistem čije su komponente u pokretu. Karakteriziraju ih različita preraspodjela, što određuje razdražljivost stanica - najvažnije svojstvo živih bića.

Nivo tkiva. Ovaj nivo predstavljaju tkiva koja objedinjuju ćelije određene strukture, veličine, lokacije i sličnih funkcija. Tkiva su nastala tokom istorijskog razvoja zajedno sa višećelijnošću. Kod višećelijskih organizama nastaju tokom ontogeneze kao posledica diferencijacije ćelija. Kod životinja postoji nekoliko vrsta tkiva (epitelno, vezivno, mišićno, krvno, nervno i reproduktivno). Trke

U sjeni se razlikuju meristematska, zaštitna, bazična i provodna tkiva. Na ovom nivou dolazi do specijalizacije ćelija.

Nivo organa. Predstavljen organima organizama. U biljkama i životinjama organi se formiraju od različitih količina tkiva. Kod protozoa, probavu, disanje, cirkulaciju tvari, izlučivanje, kretanje i razmnožavanje provode različite organele. Napredniji organizmi imaju organske sisteme. Kičmenjake karakterizira cefalizacija, koja se sastoji u koncentraciji najvažnijih nervnih centara i osjetilnih organa u glavi.

Organski nivo. Ovaj nivo predstavljaju sami organizmi - jednoćelijski i višećelijski organizmi biljne i životinjske prirode. Specifičnost nivoa organizma je da se na ovom nivou dešava dekodiranje i implementacija genetskih informacija, stvaranje strukturnih i funkcionalnih karakteristika svojstvenih organizmima određene vrste.

Nivo vrste. Ovaj nivo je određen vrstama biljaka i životinja. Trenutno postoji oko 500 hiljada vrsta biljaka i oko 1,5 miliona vrsta životinja, čije predstavnike karakteriše široka raznolikost staništa i zauzimaju različite ekološke niše. Vrsta je također jedinica klasifikacije živih bića.

Nivo stanovništva. Biljke i životinje ne postoje u izolaciji; oni su ujedinjeni u populacije koje karakteriše specifičan genski fond. Unutar iste vrste može biti od jedne do više hiljada populacija. U populacijama se provode elementarne evolucijske transformacije i razvija se novi adaptivni oblik.

Biocenotski nivo. Predstavljen je biocenozama - zajednicama organizama različitih vrsta. U takvim zajednicama organizmi različitih vrsta ovise jedni o drugima u ovoj ili onoj mjeri. U toku istorijskog razvoja nastale su biogeocenoze (ekosistemi), koji su sistemi koji se sastoje od međusobno zavisnih zajednica organizama i abiotskih faktora sredine. Ekosisteme karakteriše ravnoteža tečnosti između organizama i abiotskih faktora. Na tom nivou odvijaju se materijalni i energetski ciklusi povezani sa životnom aktivnošću organizama.

Globalni (biosferni) nivo. Ovaj nivo je najviši oblik organizacije živih bića (živih sistema). Predstavlja ga biosfera. Na ovom nivou, svi materijalni i energetski ciklusi su ujedinjeni u jedinstvenu džinovsku biosfernu cirkulaciju tvari i energije.

Postoji dijalektičko jedinstvo između različitih nivoa organizacije živih bića. Živa bića su organizovana prema tipu organizacije sistema, čija je osnova hijerarhija sistema. Prelazak sa jednog nivoa na drugi povezan je sa očuvanjem funkcionalnih mehanizama koji deluju na prethodnim nivoima, a prati ga nastanak strukture i funkcija novih tipova, kao i interakcija koju karakterišu nove karakteristike, odnosno javlja se novi kvalitet.