Страница 39 из 57
Биологическую систему составляют биологические объекты разной степени сложности, имеющие несколько уровней организации. Представляя собой совокупность взаимосвязанных элементов они, обладают свойствами целого. Ниже приводятся определения основных уровней организации биологических систем. Популяционно-видовой уровень образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида.
Организменный и тканевый уровни отражают признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также различные внутриклеточные включения. Клеточный или субклеточный уровни отражают процессы специализации клеток, а также различные внутриклеточные включения. Молекулярный уровень составляет предмет молекулярной биологии, одной из важнейших проблем которой является изучение механизмов передачи генной информации.
Клетка как первокирпичик живого Клетка является первокирпичиком живого. Многочисленные исследования в области цитологии — биологической науки, специально занимающейся исследованием живой клетки, показали, что все клетки имеют некоторые общие свойства не только в строении, но и в функциях. Так, клетки осуществляют обмен веществ, способны к саморегуляции своего состояния, могут передавать наследственную информацию.
Вместе с тем выяснилось, что клетки весьма многообразны. Они могут существовать как одноклеточные организмы (амебы), а также в составе многоклеточных. У клеток разный срок существования. Так, некоторые клетки пищевода отмирают у человека через несколько дней после появления, а срок жизни нервных клеток может совпадать с продолжительностью жизни человека.
Жизненный цикл любой клетки завершается или делением и продолжением жизни, но уже в обновленном виде, или гибелью. А Б 2 1 — ядро; 2 — цитоплазма; 3 — клеточная мембрана; 4 — плазмодесма; 5,6 — эндоплазматическая сеть; 7 — пиноцитозная вакуоль; 8 — комплекс Гольджи; 9— лизоплазма; 10— жировые включения; 11 — центриоли; 12 — митохондрии; 13— полирибосомы; 14 — вакуоль; 15— хролопласт. Рис. 5. Схема строения животной (А) и растительной (Б) клетки.
Клетку можно сравнить с гигантской автоматической фабрикой, выпускающей чуть ли не все виды современной продукции, где ядро можно уподобить суперкомпьютеру, оболочку ядра — фильтрующему заводу, цитоплазму — фабрике, эндоплазматическую сеть — системе коммуникации, лизосомы — химическому заводу, литохондрии — энергетическому заводу, рибосому — заводу по переработке, комплекс Гольджи — упаковке и складированию, и т. д.
Следует учесть, что это очень слабое механистическое сравнение. К тому же эта непостижимо сложная и разумно организованная система обладает неслыханной способностью: она может, притом всего за несколько часов, создать точную копию самой себя. Размеры клеток колеблются от одной тысячной сантиметра до 10 см, что, правда, встречается очень редко. Клетки образуют ткани (нервная, мышечная и т. д.), а несколько типов тканей — органы (сердце, легкие и пр.).
Группы органов, связанные с решением каких-то общих задач, называют системами организма. Клетка имеет сложную структуру (рис. 5). Она обособляется от внешней среды оболочкой, которая, будучи неплотной и рыхлой, обеспечивает взаимодействие клетки с внешним миром, обмен с ним веществом, энергией, информацией. Обмен веществ, обеспечиваемый клетками, — важнейшее свойство всего живого.
Это свойство в биологической литературе называют метаболизмом клеток. Метаболизм в свою очередь служит основой для другого важнейшего свойства клетки — сохранения стабильности, устойчивости условий внутренней среды клетки. Это свойство клеток, присущее всей живой системе, называют гомеостазом. Гомеостаз, т. е. постоянство состава клетки, поддерживается обменом веществ, или метаболизмом.
Обмен веществ — сложный, многоступенчатый процесс, включающий доставку в клетку исходных продуктов, получение из них энергии и белков, выведение из клетки в окружающую среду выработанных полезных продуктов, энергии и «вредных отходов». Следует отметить, что в последнее время к миру живого относятся также и вирусы, которые не имеют клеточной структуры (бесклеточные организмы).
Кроме того, существуют также некоторые организмы с клеточным строением, клетки которых не имеют типичной структуры (отсутствует ядро). Это так называемые прокариоты, безъядерные клетки. К прокариотам, т. е. древнейшим, безъядерным видам клеток относятся бактерии, сине-зеленые водоросли. Эти организмы имеют в своем составе нити молекул нуклеиновых кислот, которые у них, как и у всех других клеток, выполняют управленческую функцию, только они расположены не в ядре, а во внутриклеточной жидкости, в цитоплазме.
Несмотря на относительную простоту организации, безъядерные клетки способны выполнять все свойственные типичным клеткам функции, включая обмен веществ, поддержание стабильности и т. п. Общепризнанно, что все нити управления внутриклеточным обменом находятся в особых структурах, как правило, в ядре клетки, в очень длинных цепях молекул нуклеиновых кислот (ДНК, РНК)
, исходной структурной единицей которых является ген. Это своего рода природное кибернетическое устройство, содержащее инструкцию, информацию, коды, определяющие характер всей деятельности клетки как по обмену веществ, так и по самовоспроизведению. Именно гены обеспечивают важнейшие метаболические и наследственные функции клетки, как и организма в целом.
Внутри одной живой клетки виден разум высшего порядка. Чем больше ученые делают открытий о клетке, о ее совершенном устройстве, тем более очевидным становится существование Творца-Вседержителя. Приведенное на рисунке сравнение клетки с современным промышленным комплексом не может передать и малой доли ее истинного совершенства. Генетический механизм управления биологическими системами Генетика — это биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими.
Центральным понятием генетики является «ген». Это элементарная единица наследственности, характеризующаяся рядом признаков. По своему уровню ген — внутриклеточная молекулярная структура. По химическому составу — это нуклеиновые кислоты, в составе которых основную роль играют азот и фосфор. Они расположены в ядрах клеток и их общее количество в крупных организмах может достигать многих миллиардов.
По своему назначению гены — своего рода «мозговой центр» клеток и, следовательно, всего организма. В основу генетики легли закономерности наследственности, обнаруженные австрийским биологом Г. Менделем при проведенной им серии опытов по скрещиванию различных сортов гороха. Открытия Г. Менделя были по достоинству оценены только после его смерти, а в России — значительно позже, чем в других странах.
Основными направлениями исследований ученых-генетиков в XX в. стали следующие. Изучение тех предельно мелких материальных структур — молекул нуклеиновых кислот, которые являются хранителями генетической информации каждого вида живого, единицами наследственности. Исследование механизмов и закономерностей передачи генетической информации от поколения к поколению.
Изучение механизмов реализации генетической информации в конкретные признаки и свойства организма, например, в большую продуктивность животных. Выяснение причин и механизмов изменения генетической информации на разных этапах развития организма. Эти задачи решаются генетикой на различных уровнях организации живой природы: молекулярном, клеточном, организменном, популяционном.
Крупнейшее открытие современной генетики связано с установлением способности генов к перестройке, изменению. Эта способность называется мутированием (от лат. mutatio — мутация, изменение). Одним из результатов мутаций может быть появление организма нового вида — мутанта. Причины мутаций (изменений генной информации) до конца не выяснены.
Однако установлены основные факторы, вызывающие мутации. Это так называемые мутагены, рождающие изменения. Они зависят и от некоторых экстремальных факторов, таких, например, как действие отравляющих веществ и радиоактивных элементов, в результате которых количество мутаций увеличивается в сотни раз, причем возрастает оно пропорционально дозе воздействия.