Manifestarea principalelor proprietăți ale vieții la diferite niveluri ale organizării sale. Manifestarea principalelor proprietăți ale vieții în funcție de nivelurile de organizare a acesteia

În § 1.3 am luat în considerare principalele proprietăți ale vieții. LA acest moment este util să revenim încă o dată la această problemă, ținând cont de conceptul de organizare pe mai multe niveluri.

Dintre proprietățile enumerate mai sus, discretitatea, structurarea, deschiderea material-energetică, orientarea anti-entropie caracterizează în egală măsură genele, celulele, indivizii, populațiile, biogeocenozele, manifestându-se astfel la toate nivelurile. În același timp, o astfel de proprietate precum prezența unui genotip și a unui fenotip se aplică direct doar la nivel organismic și, eventual, la nivel celular. Nu este greu, însă, să vezi că și ea este universală, definind viața ca atare. Într-adevăr, genotipuri sunt o colecție de gene. Pe de altă parte, genotipurile indivizilor aparținând unei populații îi formează Fondului genetic. Acest grup de gene este cel care servește drept sursă a genotipurilor organismelor din fiecare generație următoare.

biocenoze, la rândul lor, nu sunt asociații aleatorii de organisme tipuri diferite, dar comunități stabilite istoric de organisme adaptate reciproc. Adaptabilitatea reciprocă s-a dezvoltat în procesul de evoluție a populației vii dintr-un anumit teritoriu și este fixată ereditar în bazinele de gene ale populațiilor corespunzătoare. Totalitatea acestor pool-uri de gene este fondul genetic al biogeocenozei. Purtătorii direcți ai informațiilor biologice (genetice) sunt acizii nucleici și proteinele care formează baza elementară a genotipului și, respectiv, fenotipului. Ținând cont de raționamentul dat mai sus, prezența macromoleculelor informaționale cu cu un motiv bun considerate ca fiind specifice caracteristici generale nu numai celule sau organisme, ci viața în general.

În mod tradițional, capacitatea de a crește ca una dintre proprietățile viețuitoarelor este atribuită organismului, asociindu-l cu dezvoltarea individuală ultimul. De fapt, ciclurile regulate de dezvoltare, inclusiv schimbările de dimensiune, caracterizează structurile elementare ale tuturor nivelurilor. Reduplicarea ADN-ului, formarea structurilor proteice cuaternare prin combinarea polipeptidelor individuale într-un complex funcțional, creșterea unei celule între diviziuni și indivizi în procesul de ontogeneză, modificarea numărului de indivizi dintr-o populație, succesiunea biogeocenozei cu atingerea unei stări de climax - acestea sunt exemple care justifică aplicabilitatea acestei proprietăți la viața întregii regiuni.

Rezultatul ciclurilor regulate de dezvoltare a structurilor elementare la diferite niveluri de organizare a vieții este adesea, într-adevăr, o creștere a numărului acestora, adică. reproducere în sens literal. Reduplicarea duce la creșterea numărului de molecule de ADN, a ciclurilor celulare - numărul de celule, reproducerea la nivel de populație - numărul de indivizi. În același timp, reproducerea în sens biologic este în mod necesar reproducerea, în anumite limite, a fluctuațiilor unei anumite organizări interne. Principiul reproducerii „propriului fel” stă la baza păstrării în timp a structurilor elementare de toate nivelurile și, în consecință, a acelor fenomene elementare care le sunt asociate. La nivel genetic molecular, aceasta este o dublă helix de ADN, celular - o celulă, ontogenetic - un individ dintr-un anumit specii, populație-specie - o populație cu fondul genetic inerent, structura de vârstă și sex, biogeocenotic - o anumită compoziție a speciilor, inclusiv producători, consumatori, distrugători.

Orice ordine apare pe baza unor informații, care sunt reproduse în structura corespunzătoare. Informațiile biologice primare sunt înregistrate în molecule acizi nucleici. Calculele arată, totuși, că nu este suficient să codifice întreaga varietate de structuri vii de la molecule de proteine ​​până la diferite biocenoze. Informațiile suplimentare necesare apar în structurile biologice în procesul dezvoltării lor datorită faptului că sunt sisteme de auto-organizare. Legile pe care le urmează aceste sisteme sunt studiate de direcția interdisciplinară a științei - sinergie.

Sistemele de auto-organizare sunt caracterizate de valori scăzute de entropie, adică. sunt departe de echilibrul termodinamic. O astfel de stare de dezechilibru se menține datorită fluxurilor de energie și substanțe care trec prin aceste sisteme. Procesele din sistemele auto-organizate sunt însoțite de disiparea energiei, motiv pentru care sunt numite disipativ.

O caracteristică importantă a sistemelor disipative este integritate. Se manifestă prin faptul că comportamentul elementelor din aceste sisteme este determinat într-o măsură mai mare de structura sistemului în sine și într-o măsură mai mică de propriile proprietăți. În dezvoltarea lor, sistemele trec printr-o serie de stări stabile, separate de perioade de instabilitate, care sunt asociate cu apariția de noi informații. În fiecare dintre aceste perioade, este posibil să alegeți între mai multe opțiuni pentru dezvoltarea ulterioară, cu toate acestea, în general, procesul de dezvoltare este caracterizat de echifinalitate, acestea. realizarea naturală a unui anumit rezultat final. În perioadele de instabilitate, sistemul se caracterizează printr-o sensibilitate crescută la acțiunea diferiților factori ( perioade critice).

Caracteristicile descrise mai sus sunt sisteme biologice, cum ar fi genomul, celula, organismul, populația, biogeocenoza. Toți au capacitatea de a-și reproduce propria structură.

Manifestările vieții ca fenomen special se bazează pe informația genetică a ADN-ului celulelor. În cursul desfășurării acestor informații conform legilor caracteristice sistemelor disipative auto-organizate, ierarhia structurilor biologice este recreată în funcție de principalele niveluri de organizare a vieții cu unități elementare și fenomene tipice acestora. Datorită acestora din urmă are loc procesul de evoluție a naturii vii, păstrând viața pe planetă timp de mai bine de 3,5 miliarde de ani.

Am considerat proprietățile vieții ca fiind deosebite fenomen natural. Este util să revenim la acest subiect, ținând cont de ideile despre organizarea pe mai multe niveluri a vieții.

Proprietăți precum discretitatea, structurarea, orientarea anti-entropie, deschiderea material-energetică sunt la fel de inerente celulelor, indivizilor, populațiilor și biocenozelor (ecosisteme), de exemplu. se manifestă la toate nivelurile.

Disponibilitate genotip și fenotip caracterizează formal unitățile elementare ale nivelurilor celulare și organismului. Cu toate acestea, această proprietate se aplică și vieții în general, deoarece genotipurile, ca seturi de gene ale indivizilor la nivel de populație, sunt combinate în pool-uri de gene, care sunt sursa de gene pentru indivizii din generația următoare.

Biocenozele nu sunt asociații aleatorii ale populațiilor de indivizi din diferite specii, ci comunități emergente din punct de vedere istoric de organisme adaptate reciproc de diferite tipuri de organizare structurală și funcțională a diferitelor locuri din „economia” naturii. Aptitudinea reciprocă ca o consecință a co-evoluției populației vii dintr-un anumit teritoriu este fixată ereditar în bazinele de gene ale populațiilor corespunzătoare. Totalitatea acestor pool-uri de gene poate fi considerată o condiție genetică generală pentru existența unei biocenoze. Informația biologică a genotipurilor corespunde informațiilor potențiale, iar cea a fenotipurilor corespunde informațiilor actualizate, actuale. Aceleași relații se aplică și informațiilor biologice ale fondurilor genetice ale populațiilor și ecosistemelor, pe de o parte, și informații actualizate în fenotipurile membrilor unei populații sau biocenoze, pe de altă parte.

Transportatori directi informația genetică sunt NK și proteine ​​care alcătuiesc baza macromoleculară elementară, respectiv, a genotipului și, respectiv, a fenotipului. Luând în considerare raționamentul anterior, prezența macromoleculelor informaționale este considerată pe bună dreptate ca o caracteristică necesară nu numai a unei celule sau a unui organism, ci se extinde și la întreaga zonă a vieții.

Abilitatea de a crește asociate cu ontogeneza. Dar ciclurile obișnuite de dezvoltare, inclusiv schimbările de dimensiune, volum sau prevalență (de exemplu, pe întreg teritoriul), caracterizează unitățile elementare de toate nivelurile. Replicarea ADN-ului, formarea structurilor proteice cuaternare prin combinarea polipeptidelor într-un complex funcțional, creșterea celulară între diviziuni, modificări ale numărului de indivizi dintr-o populație, succesiune biogeocenoză - acestea sunt exemple de aplicabilitate a acestei proprietăți în toate domeniile vieții.

Rezultatul dinamicii în timp unități elementare diferite niveluri de organizare a vieții, există adesea o creștere a numărului acestora, adică reproducere în sens literal. Replicarea duce la creșterea numărului de bispirale ADN, cicluri mitotice - numărul de celule, reproducerea la nivel de populație - numărul de indivizi. In orice caz, reproducereîn sens biologic, aceasta este în mod necesar auto-reproducere. Principiul biologic universal „reproducerea propriului soi” stă la baza păstrării în timp a structurilor elementare de toate nivelurile și, în consecință, a acelor fenomene elementare care le sunt asociate. La nivel genetic molecular, este o dublă helix de ADN, la nivel celular, este o celulă; În toate exemplele date, auto-reproducția este asociată cu un anumit grad de variabilitate.

Ordinea apare pe baza informațiilor, care, de fapt, sunt reproduse în structura sau procesul corespunzătoare. Informațiile biologice primare („potențiale”) sunt înregistrate în moleculele de ADN. Calculele arată că nu este suficient să codifice întreaga varietate de structuri vii și complexe, de la molecule de proteine ​​până la biocenoze. Informații suplimentare apar datorită faptului că obiectele vii aparțin categoriei SISTEME DE AUTO-ORGANIZARE. O caracteristică importantă a acestora din urmă este integritatea lor, care se manifestă prin faptul că comportamentul și soarta elementelor care construiesc sistemul sunt determinate într-o măsură mai mare de structura acestuia și, într-o măsură mai mică, de proprietățile elementelor. înșiși. În dezvoltarea lor, astfel de sisteme trec printr-o serie de stări stabile separate de perioade de instabilitate (perioade critice), care sunt asociate cu achiziționarea de informații suplimentare. În fiecare dintre aceste perioade, caracterizată printr-o sensibilitate crescută la acțiunea agenților externi, există o alegere a unei variante de dezvoltare ulterioară.

Echivalența, adică realizarea naturală a sistemului ca urmare a dezvoltării rezultatului necesar este determinată de „regulile” sale inerente, în conformitate cu care se realizează multiple interacțiuni secvențiale și modificări ale elementelor de diferite niveluri. Un exemplu de comportament al unui sistem de auto-organizare este dinamica ordonată a structurilor și succesiunea etapelor în starea embrionară.

Recrearea oricărei structuri implică munca. Principiu alimentare adecvată cu energie procese biologice bazate purtător de energie universal (ATP), se manifestă la toate nivelurile organizării vieţii.

TINE MINTE

Întrebarea 1. Ce proprietăți ale viețuitoarelor cunoașteți?

Materia vie se caracterizează prin următoarele proprietăți:

Metabolism

Auto-reglare

Dezvoltare și variabilitate

capacitatea de a se reproduce

Ereditate

Iritabilitate

Întrebarea 2. Ce tipuri de reglare a proceselor vitale la animale cunoașteți?

Alocați reglarea nervoasă și umorală a proceselor vitale la animale.

ÎNTREBĂRI LA PARAGRAF

Întrebarea 1. Descrieți manifestarea proprietăților vitale de bază ale unei persoane la nivel celular și organism.

elemente structurale nivel celular sunt părțile structurale ale celulei - molecule și complexele lor care creează aparatul de suprafață, nucleul și citoplasma cu organele. Interacțiunea dintre ele asigură integritatea celulei în manifestarea proprietăților sale de sistem viu în raport cu mediul extern.

Principalele procese ale nivelului celular, inerente doar acestui nivel de organizare a vieții, au apărut în cursul evoluției materiei vii: metabolismul (metabolismul); absorbţia şi deci încorporarea diverselor elemente chimice Pământul în conținutul unui organism viu; difuzat informații ereditare de la celulă la celulă; acumularea de modificări în aparatul genetic ca o reflectare a experienței de interacțiune cu mediul; răspuns la stimuli în timpul acestei interacțiuni.

Întrebarea 2. Ce este homeostazia și ce stă la baza acesteia?

Cea mai importantă proprietate a oricărui sistem viu este autoreglementarea. Omul are o manifestare proprietatea dată Se exprimă în activitatea tuturor structurilor corpului care vizează menținerea relativei constante a compoziției, structurii și funcționării lor - homeostazia. Tocmai pentru a menține homeostazia este îndreptată activitatea coordonată a sistemelor funcționale ale corpului uman în condițiile reale în schimbare ale vieții sale.

Întrebarea 3. Ce este neuro reglare umorală procesele vieții umane?

Munca coordonată a corpului este controlată de sistemul nervos și glandele. secretie interna(umoral). Ele funcționează ca un întreg - sistemul de reglare neuroumoral. Reglarea nervoasă se realizează foarte rapid: semnalele electrice, numite impulsuri nervoase, ajung la organ prin celulele nervoase. Aceste impulsuri nervoase fie intensifică activitatea organului, fie o încetinesc. Semnalele electrice se propagă prin nervi cu o viteză extraordinară (până la 100 m/s), dar acţionează doar în momentul în care se apropie de organ, adică efectele lor sunt de scurtă durată.

Reglarea umorală are loc cu ajutorul unor substanțe speciale - hormoni, cel mai adesea secretați de glande speciale. Aceste substanțe sunt transportate de sânge în tot organismul și sunt capabile, interacționând cu celulele diferitelor organe, să-și regleze activitatea. Desigur, producerea acestor substanțe și transportul lor cu fluxul sanguin durează mai mult decât propagarea impulsurilor nervoase, astfel încât reglarea umorală este mai lentă în comparație cu reglarea nervoasă. Dar, pe de altă parte, efectul acestor substanțe asupra funcționării organelor și țesuturilor este mai lung.

Întrebarea 4. Ce este un reflex? Dați exemple de reflexe la oameni.

Un reflex este un răspuns al organismului la orice efect care apare cu participarea sistemului nervos. Un exemplu ar fi tragerea mâinii departe de un obiect fierbinte. Calea pe care se efectuează reflexul se numește arc reflex. Este un lanț conectat în serie de celule nervoase - neuroni: senzoriali, intercalari și motorii. Pentru implementarea reflexului este necesară integritatea arcului reflex. Oprirea legăturii sale duce la dispariția reflexului.

Exemple de reflexe sunt reflexele sprâncenelor și genunchiului.

1. Pe baza analizei materialului paragrafului și a rezultatelor introspecției alimentelor, trageți o concluzie despre diferența dintre reglarea nervoasă și cea umorală.

Două sisteme - nervos și umoral - diferă în următoarele proprietăți.

În primul rând, reglarea neuronală este intenționată. Semnalul de-a lungul fibrei nervoase ajunge într-un loc strict definit, la un anumit mușchi sau la un alt centru nervos sau la o glandă. Semnalul umoral este distribuit cu fluxul sanguin în tot corpul.

În al doilea rând, semnalul nervos este rapid, se deplasează către un alt organ, adică către altul celula nervoasa, o celulă musculară sau o celulă de glandă la o viteză de 7 până la 140 m/s, zăbovând doar o milisecundă la comutarea în sinapse. Datorită reglării neuronale, putem face ceva „în clipi de ochi”. Conținutul majorității hormonilor din sânge crește la doar câteva minute după stimulare, iar maximul poate fi atins doar după zeci de minute. Ca urmare, cel mai mare efect al hormonului poate fi observat la câteva ore după o singură expunere la organism. Astfel, semnalul umoral este lent.

În al treilea rând, semnalul nervos este scurt. De regulă, o explozie de impulsuri cauzate de un stimul nu durează mai mult de o fracțiune de secundă. Aceasta este așa-numita reacție de incluziune.

Principalele diferențe dintre reglarea nervoasă și reglarea umorală sunt următoarele: semnalul nervos este intenționat; semnalul nervos este rapid; semnalul nervos este scurt.

2. Întocmește un raport asupra reflexelor umane.

REFLEXE UMANE

Reflexele joacă un rol important în viața oricărei creaturi. Marea lor importanță nu este întâmplătoare, pentru că tocmai așa este sistem nervos joacă un rol principal în percepția lumii înconjurătoare. Cu ajutorul lui, individul se poate admira și se poate apăra de mediul extern. Reflexele umane devin indispensabile tocmai pentru implementarea unei astfel de protecție. De exemplu, ne putem aminti că am tras mâna departe de suprafețele fierbinți.

Reflexul este principalul răspuns al organismului la mediu inconjurator. Implementarea sa este imposibilă fără participarea sistemului nervos. Astfel, există un răspuns comportamental ca răspuns la orice tip de stimul care afectează terminațiile nervoase.

Calea pe care trec impulsurile de la iritație și răspunsul la aceasta se numește arc reflex. Cea mai simplă astfel de formare ar trebui să conțină cel puțin două astfel de căi. Unul dintre ele este sensibil, iar al doilea este motor. Astfel, se realizează retragerea mâinii din fierbinte: mai întâi se simte stimulul, apoi apare mișcarea. Aceste formațiuni morfologice interconectate asigură percepția, transmiterea și procesarea semnalelor de către organism.

Orice impact asupra organismului va fi atent analizat de acesta din urma si transformat in impuls nervos. După aceea, va fi trimis la sistemul nervos central și transmite informatie necesara despre toate schimbările din întregul organism. Este demn de remarcat faptul că întreg acest proces complex durează doar o fracțiune de secundă.

Datorită reflexelor, se asigură orientarea exactă a oricărui organism în timp și spațiu, găsirea hranei și evitarea pericolului.

Astfel, valoarea reflexului se rezumă la asigurarea următoarelor sarcini:

1. Interacțiunea tuturor organe interneși sistemele în ansamblu;

2. Munca coordonată a organelor cu diferite funcţii;

3. Asigurarea raspunsului organismului la actiunea mediului extern;

4. Funcționarea scoarței cerebrale.

Sunt atât de multe reacții ale corpului încât a devenit necesară clasificarea lor. Luați în considerare ce fel de reflexe are o persoană.

În primul rând, ele pot fi împărțite în funcție de importanța lor pentru conservarea unei specii biologice în:

1. Defensiv;

2. Sexual;

3. Aproximativ.

De asemenea, reflexele pot intensifica sau, dimpotriva, inhiba activitatea efectorului. Ca exemplu izbitor, putem menționa că sistemul nervos simpatic accelerează bătăile inimii, iar nervul vag le încetinește.

Orice organism viu reacționează la stimuli în multe feluri. În acest sens, în știință, a devenit necesară distingerea tipurilor de reflexe umane. Practic, se obișnuiește să le împarți în două grupuri mari în funcție de tipul de educație: condiționată și necondiționată.

Reflexele necondiționate sunt inerente tuturor organismelor vii încă de la naștere, adică nu trebuie să fie studiate sau depuse eforturi pentru a le aplica. Cel mai adesea, atunci când reflexul necondiționat este declanșat, se pare că acțiunea s-a întâmplat de la sine. Reflexele de supt, de protecție, sexuale și de altă natură pot fi distinse ca exemplu de astfel de reacții. Scopul lor este de a asigura supraviețuirea organismului pentru procreare și adaptarea la condițiile de mediu.

Apariția unor astfel de reacții stereotipe este asociată cu dezvoltare evolutivă tipuri de ființe vii. Reacția corpului cu un răspuns necondiționat se realizează la nivelul structurilor coloanei vertebrale și inferioare ale creierului.

De obicei, reflexele necondiționate sunt atât de stabile încât nu se schimbă și nu dispar la o persoană de-a lungul vieții. În plus, sunt specifice unei singure specii biologice.

Reflexele condiționate sunt dezvoltate de un organism viu de ceva timp. Cu alte cuvinte, acesta este un comportament adaptativ pentru a se adapta la influența repetată a unui stimul. Desigur, acest tip de reacție reflexă va fi absent la un nou-născut.

De asemenea, reflexele condiționate sunt capabile să se estompeze dacă nu au fost întărite de acțiunea unui stimul de ceva timp. Există astfel de tipuri de reacții reflexe condiționate:

Natural. Ele sunt dezvoltate la stimuli pe baza unui reflex necondiționat. Astfel, o persoană știe cum miroase acest sau acel produs. Chiar dacă mâncarea este inodora, reflexul va crea un sentiment fals al acesteia;

Artificial. Un fel de reflex condiționat, care constă într-un răspuns la un stimul care, în condiții normale, nu este combinat cu un reflex necondiționat.

Exteroceptive. Asigura adaptarea organismului la stimulii din mediul extern;

Interoceptive. Asigura adaptarea la stimuli chimici si fizici pentru a asigura functionarea organelor interne.

Pentru a forma un răspuns reflex condiționat, trebuie să parcurgeți mai mulți pași:

1. Prezenţa a două tipuri de stimuli şi apariţia condiţionalului înaintea necondiţionatului;

2. Alternarea multiplă de stimuli între ei;

3. În același timp, stimulul necondiționat trebuie să rămână mereu mai puternic;

4. În momentul dezvoltării unei noi reacții a organismului, nu ar trebui să existe stimuli terți;

5. Toate acestea se realizează cu condiția ca sistemul nervos să nu aibă patologii și să funcționeze normal.

GÂNDI!

De ce tipurile de reglementare nu sunt opuse unele cu altele?

Reglarea umorală este strâns legată de cea nervoasă și formează împreună cu aceasta un singur mecanism neuroumoral al adaptărilor reglatoare ale organismului. Factorii nervoși și umorali sunt atât de strâns împletite între ei încât orice opoziție între ei este inacceptabilă, la fel cum este inacceptabilă împărțirea proceselor de reglare și coordonare a funcțiilor din organism în componente autonome, ionice, vegetative, animale. Toate aceste tipuri de reglementări sunt atât de strâns legate între ele, încât încălcarea unuia dintre ele, de regulă, le dezorganizează pe celelalte.