Определение и свойства жизни

Поразительное многообразие жизни создает большие трудности для ее однозначного и исчерпывающего определения как особого явления природы. Во многих определениях жизни, предлагавшихся выдающимися мыслителями и учеными, указываются ведущие свойства, качественно отличающие (по мнению того или иного автора) живое от неживого. К примеру, жизнь определяли как «питание, рост и одряхление» (Аристотель); «стойкое единообразие процессов при различии внешних влияний» (Г. Тревиранус); «совокупность функций, сопротивляющихся смерти» (М. Биша); «химическую функцию» (А. Лавуазье); «сложный химический процесс» (И. П. Павлов). Неудовлетворенность ученых этими определениями понятна. Наблюдения показывают, что свойства живого не носят исключительного характера и по отдельности обнаруживаются среди объектов неживой природы.

Определение жизни как «особой, очень сложной формы движения материи» (А. И. Опарин) отражает ее качественное своеобразие, несводимость биологических законов к химическим и физическим. Однако оно носит общий характер, не раскрывая конкретного содержания этого своеобразия.

В практическом отношении полезны определения, основанные на выделении комплекса свойств, который обязателен для живых форм. Одно из них характеризует жизнь как макромолекулярную открытую систему, которой свойственны иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, обмен веществ, тонко регулируемый поток энергии. Жизнь, согласно этому определению, представляет собой ядро упорядоченности, распространяющееся в менее упорядоченной Вселенной.

Согласно определению, данному ученым-биологом М.В. Волькенштейном (1965 г.), «живые организмы представляют собой открытые, саморегулирующиеся, самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот». Через живые открытые системы проходят потоки энергии, информации, вещества.

Живые организмы отличаются от неживых признаками, совокупность которых определяет их жизненные проявления.

Основные признаки живых систем:

1) Химический состав. Живые существа состоят из тех же химических элементов, что и неживые, но в организмах есть молекулы веществ, характерных только для живого (нуклеиновые кислоты, белки, липиды).

2) Дискретность и целостность. Любая биологическая система (клетка, организм, вид и т.д.) состоит из отдельных частей, т.е. дискретна. Область жизни представлена совокупностью отдельных организмов, т.е. характеризуется дискретностью. Взаимодействие этих частей образует целостную систему (например, в состав организма входят отдельные органы, связанные структурно и функционально в единое целое).

3) Структурная организация. Живые системы способны создавать порядок из хаотичного движения молекул, образуя определенные структуры. Для живого характерна упорядоченность в пространстве и времени. Это комплекс сложных саморегулирующихся процессов обмена веществ, протекающих в строго определенном порядке, направленном на поддержание постоянства внутренней среды — гомеостаза.

4) Обмен веществ и энергии. Живые организмы — открытые системы, совершающие постоянный обмен веществом и энергией с окружающей средой. Его содержание составляют взаимосвязанные и сбалансированные процессы ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катаболизм). Результатом ассимиляции является образование и обновление структур организма, диссимиляции — расщепление органических соединений с целью обеспечения различных сторон жизнедеятельности необходимыми веществами и энергией. Процессы ассимиляции и диссимиляции представлены многочисленными химическими реакциями, объединенными в метаболические цепи, циклы, каскады. Последние представляют собой совокупность взаимосвязанных реакций, протекание которых строго упорядочено во времени и пространстве. Тело микоплазмы (микроорганизма, занимающего по размерам промежуточное положение между вирусами и типичными бактериями) превосходит по диаметру атом водорода всего в 1000 раз. Даже в таком малом объеме осуществляется примерно 100 биохимических реакций, необходимых для жизнедеятельности этого организма. Для сравнения: жизнедеятельность клетки человека требует согласованного протекания более 10 000 реакций.

При изменении условий среды происходит саморегуляция жизненных процессов по принципу обратной связи, направленная на восстановление постоянства внутренней среды — гомеостаза. Например, продукты жизнедеятельности могут оказывать сильное и строго специфическое тормозящее воздействие на те ферменты, которые составили начальное звено в длинной цепи реакций.

5) Самовоспроизведение. Самообновление. Время существования любой биологической системы ограничено. Для поддержания жизни происходит процесс самовоспроизведения, связанный с образованием новых молекул и структур, несущих генетическую информацию, находящуюся в молекулах ДНК.

6) Наследственность. Молекула ДНК способна хранить, передавать наследственную информацию, благодаря матричному принципу репликации, обеспечивая материальную преемственность между поколениями.

7) Изменчивость. При передаче наследственной информации иногда возникают различные отклонения, приводящие к изменению признаков и свойств у потомков. Если эти изменения благоприятствуют жизни, они могут закрепиться отбором.

8) Рост и развитие. Организмы наследуют определенную генетическую информацию о возможности развития тех или иных признаков. Реализация информации происходит во время индивидуального развития — онтогенеза. На определенном этапе онтогенеза осуществляется рост организма, связанный с репродукцией молекул, клеток и других биологических структур. Рост сопровождается развитием.

9) Раздражимость и движение. Все живое избирательно реагирует на внешние воздействия специфическими реакциями благодаря свойству раздражимости. Организмы отвечают на воздействие движением. Проявление формы движения зависит от структуры организма.

10) Включенность организмов в процесс эволюции, существование отдельных организмов лишь во взаимодействии с другими в составе особых сообществ — биоценозов – свойства, распространяющиеся на область жизни в целом. Они отражают универсальные принципы ее существования во времени и пространстве. Благодаря этому жизнь как особое явление материального мира сохраняется на протяжении вот уже более 3 млрд. лет.

Молекулярно-генетический уровень организации живого

1. Основные понятия молекулярной биологии и генетики

2. История формирования представлений об организации материального субстрата наследственности и изменчивости

3. Общие свойства генетического материала

4. Генный уровень организации генетического материала

Химическая организация гена

Свойства генетического кода

Самовоспроизведение наследственного материала. Репликация ДНК

Механизмы сохранения нуклеотидной последовательности ДНК. Репарация

Транскрипция

Трансляция

Центральная догма молекулярной биологии

Функциональная характеристика гена

5. Хромосомный уровень организации генетического материала

Хромосомная теория наследственности

Химический состав хромосом

Структурная организация хроматина

Морфология хромосом

Правила хромосом

6. Геномный уровень организации генетического материала

Основные понятия молекулярной биологии и генетики

Молекулярная биология – наука, изучающая основные свойства и проявления живого на молекулярном уровне: структурно-функциональную организацию генетического аппарата клеток и механизм реализации наследственной информации.

Генетика — наука о закономерностях наследственности и изменчивости.

Наследственность — способность организма передавать свои признаки, свойства, особенности строения из поколения в поколение.

Изменчивость — способность организма приобретать новые признаки и свойства.

Нуклеиновые кислоты — природные высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации в живых организмах.

ДНК — первичный носитель генетической информации почти у всех организмов (кроме РНК-содержащих вирусов).

Ген — участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида, молекулы т-РНК, р-РНК, или взаимодействующий с регуляторным белком, единица генетической (наследственной) информации.

Генотип — совокупность генов клеточного ядра.

Фенотип — совокупность признаков и свойств организма, которые формируются в процессе взаимодействия генотипа с окружающей средой.

Плазмон — информация внеядерных ДНК митохондрий и пластид.

Геном — вся ДНК, содержащаяся в гаплоидном наборе хромосом.

Генетический код — система записи информации о последовательности аминокислот в белке с помощью последовательности нуклеотидов в ДНК и и-РНК.

Локус — определенный участок хромосомы, где находятся аллели генов.

Аллель — форма существования гена, определяющая возможность развития конкретного варианта данного признака.

Аллельные гены — гены, расположенные в одних и тех же локусах гомологичных хромосом, ответственные за развитие одного признака.

Гомологичные хромосомы — парные хромосомы, одинаковые по форме, величине, характеру наследственной информации.

Признак — какое-либо качество организма, по которому можно отличить один организм от другого.

Альтернативые признаки — контрастные взаимоисключающие признаки.

Доминантный признак — признак, проявляющийся у гибридов первого поколения или в гетерозиготном состоянии. Преобладающий признак.

Рецессивный признак — подавляемый признак, проявляющийся только в гомозиготном состоянии и не проявляющийся у гибридов первого поколения, но передающийся по наследству.

Гомозиготный организм — организм, в генотипе (зиготе) которого имеются два одинаковых аллельных гена, формирующих какой-либо признак.

Гетерозиготный организм — имеет разные аллели данного гена.