Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется через посредство нервной системы и называется рефлексом.
Организмы, не имеющие нервной системы, например простейшие или растения, лишены и рефлексов. Их реакции, выражающиеся в изменении характера движения или роста, принято называть таксисами или тропизмами, прибавляя при их обозначении название раздражителя. Например, фототаксис – движение в направлении к свету; хемотаксис – перемещение организма по отношению к концентрации химических веществ. Каждый род таксиса может быть положительным или отрицательным в зависимости от того, действует раздражитель на организм притягивающим или отталкивающим образом.
Под тропизмами понимают определенный характер роста, который свойствен растениям. Так, гелиотропизм (от греч. helios – Солнце) означает рост наземных частей растений (стебля, листьев) по направлению к Солнцу, а геотропизм (от греч. geo – Земля) – рост подземных частей (корней) в направлении к центру Земли.
Для растений характерны также настии – движения частей растительного организма, например движение листьев в течение светового дня, зависящее от положения Солнца на небосводе, раскрытие и закрытие венчика цветка и т. д.
Дискретность. Само слово дискретность произошло от латинского discretus, что означает прерывистый, разделенный. Дискретность – всеобщее свойство материи. Так, из курса физики и общей химии известно, что каждый атом состоит из элементарных частиц, что атомы образуют молекулу. Простые молекулы входят в состав сложных соединений или кристаллов и т. д.
Жизнь на Земле также проявляется в виде дискретных форм. Это означает, что отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз и др.) состоит из отдельных изолированных, т. е. обособленных или ограниченных в пространстве, но тем не менее тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Например, любой вид организмов включает отдельные особи. Тело высокоорганизованной особи образует пространственно ограниченные органы, которые, в свою очередь, состоят из отдельных клеток. Энергетический аппарат клетки представлен отдельными митохондриями, аппарат синтеза белка – рибосомами и т. д. вплоть до макромолекул, каждая из которых может выполнять свою функцию, лишь будучи пространственно изолированной от других.
Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления его путем замены «износившихся» структурных элементов (молекул, ферментов, органоидов клетки, целых клеток) без прекращения выполняемой функции. Дискретность вида предопределяет возможность его эволюции путем гибели или устранения от размножения неприспособленных особей и сохранения индивидов с полезными для выживания признаками.
Авторегуляция. Это способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов – гомеостаз. При этом недостаток поступления каких-либо питательных веществ из окружающей среды мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает запасание этих веществ. Подобные реакции осуществляются разными путями благодаря деятельности регуляторных систем – нервной, эндокринной и некоторых других. Сигналом для включения той или иной регулирующей системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы.
Ритмичность. Периодические изменения в окружающей среде оказывают глубокое влияние на живую природу и на собственные ритмы живых организмов.
В биологии под ритмичностью понимают периодические изменения интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия). Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека; сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих (суслики, ежи, медведи) и многие другие (рис. 1.3).
Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой, т. е. на приспособление к периодически меняющимся условиям существования.
Энергозависимость. Живые тела представляют собой «открытые» для поступления энергии системы. Это понятие заимствовано из физики. Под «открытыми» системами понимают динамические, т. е. не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи извне. Таким образом, живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступает материя в виде пищи из окружающей среды и энергия. Следует отметить, что живые организмы в отличие от объектов неживой природы ограничены от окружающей среды оболочками (наружная клеточная мембрана у одноклеточных, покровная ткань у многоклеточных). Эти оболочки затрудняют обмен веществ между организмом и внешней средой, сводят к минимуму потери вещества и поддерживают пространственное единство системы.
Таким образом, живые организмы резко отличаются от объектов физики и химии – неживых систем – своей исключительной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью. Эти отличия придают жизни качественно новые свойства. Живое представляет собой особую ступень развития материи.
Многочисленные определения сущности жизни можно свести к двум основным. Согласно первому, жизнь определяется субстратом – носителем ее свойств, например белком. Вторая группа определений оперирует совокупностью специфических физико-химических процессов, характерных для живых систем. Классическое определение Ф. Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка» – лишь формально может быть отнесено к первой категории, так как Энгельс имел в виду не собственно белки, а структуры, содержащие белок. С другой стороны, обмен веществ также не может служить единственным критерием жизни, да и сам нуждается в объяснении при посредстве жизни.
В самом общем виде жизнь можно определить как активное, идущее с затратой полученной извне энергии поддержание и самовоспроизведение специфической структуры.
Рис. 1.3. Ритмичность в живой природе: А – амплитуда колебаний биологических ритмов, Б – суточные, месячные и годовые ритмы, В – многолетние ритмы
Опорные точки
1. Живые системы проявляют общие свойства, отличающие их от объектов неживой природы.
2. Обменные процессы в живом веществе биосферы обеспечивают гомеостаз – постоянство структурно-функциональной организации системы.
Вопросы для повторения и задания
1. Перечислите и охарактеризуйте общие свойства живых систем.
2. Как проявляются различные свойства живого на различных уровнях организации? Используя словарный запас рубрик «Терминология» и «Summary», переведите на английский язык пункты «Опорных точек».
Обзор изученного материала главы 1
Основные положения
Выделение уровней организации живой материи позволяет наиболее полно характеризовать отдельные проявления жизнедеятельности, являющиеся основой выработки обобщенных представлений о жизни.
Основа всех явлений жизни – процессы межмолекулярного взаимодействия органических соединений.
Метаболические процессы локализованы в определенных компартментах клетки – структурно-функциональной единице всего живого.
В многоклеточных организмах клетки образуют ткани, из них формируются органы, которые выстраивают тело.
Организм, или особь, представляет собой самостоятельную, свободно существующую в сообществе себе подобных и других организмов биологическую систему, обладающую определенным генотипом.
Виды живых организмов интегрированы в сообщества – биоценозы, в которых виды связаны пищевыми и многими другими взаимодействиями.
Совокупность биоценозов формирует биосферу в целом. В биосфере живые организмы осуществляют непрерывный обмен веществ – круговорот элементов и молекул.
Все живые системы различного иерархического уровня организации проявляют одинаковые свойства, отличающие живое от объектов неживой природы.
Проблемные области
Каковы критерии выделения отдельных уровней организации живой материи?
В чем принципиальные различия свойств живой и неживой материи?
В чем заключается необходимость качественной характеристики свойств живого?
Прикладные аспекты
Какое значение для развития биологических наук имеет подразделение на различные уровни организации?
