Структурные уровни организации живых систем

Жизни, как природному явлению, присуща своя иерархия уровней организации, определенная упорядоченность, соподчиненность этих уровней. Открытие клетки как элемента живых структур и представление о системности, цельности этих струк­тур стали основой последующего построения иерархии живого.

Концепция структурных уровней живого включает представ­ление об иерархической соподчиненности структурных уров­ней, системности и органической целостности живых организ­мов. В соответствии с этой концепцией структурные уровни различаются не только сложностью, но и закономерностями функционирования. Вследствие иерархической соподчиненно­сти каждый из уровней организации живой материи должен изучаться с учетом характера ниже и вышестоящего уровней в их функциональном взаимодействии.

Рассмотрим отдельные уровни организации живой мате­рии, начав с низшей ступени, на которой смыкаются биоло­гия и химия.

Молекулярно-генетический уровень. Это тот уровень орга­низации материи, на котором совершается скачок от атомно-молекулярного уровня неживой материи к макромолекулам живого.

Белки — органические соединения, входящие в состав всех живых организмов.Белки являются биополимерными макро­молекулами, так как состоят из большого числа повторяющихся и сходных по структуре низкомолекулярных соединений (мо­номеров). Перестановки и различные сочетания мономеров в длинных полимерных цепях обеспечивают построение множе­ства вариантов молекул белка и придают ему разнообразные свойства. В состав белка входит 20 аминокислот-мономеров.

Характерным физическим свойством аминокислот, содер­жащихся в живых системах, является то, что все они способны поворачивать влево плоскость поляризации светового луча. В свою очередь это означает, что свойством живой ма­терии является ее молекулярная асимметричность,подобная асимметричности левой и правой рук. Опираясь на такую ана­логию, это свойство живого назвали молекулярной хиральностью (от греч. cher — рука).

Первоначально казалось, что фундаментальную основу жизни составляют именно белковые молекулы. Но с хими­ческой точки зрения ни сам белок, ни его составные части не представляют ничего уникального. Дальнейшие исследования, направленные на изучение механизмов воспроизводства и на­следственности, позволили выявить то специфическое, что отличает на молекулярном уровне живое от неживого. Наи­более важным было выделение веществ из ядра клетки, обла­дающих свойствами кислот и названных нуклеиновыми (то есть ядерными) кислотами. Один тип этих кислот получил широ­ко используемое сокращенное название РНК (рибонуклеино­вые кислоты), другой — ДНК (дезоксирибонуклеиновые кис­лоты). Удалось доказать, что ДНК обладает способностью сохранять и передавать наследственную информацию организмов.В 1953 г. была расшифрована структура ДНК. Оказалось, что молекула ДНК состоит из двух мономерных цепей, идущих в противоположных направлениях и закрученных одна вокруг другой наподобие пары электрических проводов. ДНК, находящиеся в клетке, разделены на участки — хромосомы. Мономеры нуклеиновых кислот несут информацию, по кото­рой строятся аминокислоты и белковые молекулы организма. Участок молекулы ДНК, содержащий информацию об одном из набора белков организма, называют геном. Гены расположены в хромосомах.

Изучение строения и функции молекул нуклеиновых кис­лот стало возможным лишь при использовании физических методов и представлений. Молекулярная биология, изучаю­щая биологические объекты и процессы на молекулярном уров­не, — один из наиболее ярких примеров современной тен­денции к интеграции научного знания.

Клеточный уровень. Любой живой организм состоит из клеток. В простейшем случае — из единственной клетки (бак­терии, амебы). Клетка является мельчайшей элементарной живой системой и первоосновой строения, жизнедеятельности и размножения всех организмов.Клетки всех организмов сход­ны по строению и составу веществ. Всеми сложными многоступенчатыми процессами в клетке управляет особая структу­ра, как правило, находящаяся в ее ядре и состоящая из длин­ных цепей молекул нуклеиновых кислот.

Клетки обладают разнообразием форм, размеров, функ­ций. Существуют клетки, не содержащие ядра, — прокарио­ты (безъядерные клетки). Исторически они являются предшественниками клеток с развитой структурой, то есть кле­ток, имеющих ядро, — эукариотов.

«На общедоступном языке мы можем назвать ядро ад­министратором клетки.Две главные черты роднят его с адми­нистраторами: оно стремится плодить себе подобных и успешно отражает все наши попытки узнать, чем же именно ядро за­нимается. Только попытавшись обойтись без него, мы узна­ем, что оно действительно работает» (Мэйзи Д. Строение и функции биологических структур).

Следует отметить, что к миру живого относятся также и вирусы — мельчайшие бесклеточные организмы размером при­мерно в 50 раз меньше бактерий. Они находятся на границе между живой и неживой материей. Не имея клеточной струк­туры, они способны ее воспроизводить, внедряясь в среду чужих клеток.

Тканевый уровень. Совокупность клеток с одинаковым уров­нем организации образует живую ткань. Из тканей состоят различные органы живых организмов.

Организменный уровень. Система совместно функцио­нирующих органов образует организм.В отличие от предыду­щих уровней на организменном уровне проявляется большое разнообразие живых систем. Организменный уровень имену­ют также онтогенетическим.

Популяционно-видовой уровень образован совокупностью ви­дов и популяций живых систем. Популяция — это совокупность организмов одного вида,обладающих единым генофондом (совокупностью генов). Она является надорганизменной живой системой, так же как и вид, состоящий обычно из нескольких популяций. На этом уровне реализуется биологи­ческий эволюционный процесс.

Биоценотический уровень образован биоценозами — истори­чески сложившимися устойчивыми сообществами популяций, связанных друг с другом и окружающей средой обменом веществ.

Биосферный уровень организации живого: совокупность био­ценозов образует биосферу Земли.

Отдельные структурные уровни живого являются объектами изучения для отдельных биологических наук, то есть услов­ными разграничителями биологического знания. Так, молекулярный уровень изучается молекулярной биологией, гене­тикой; клеточный уровень служит объектом для цитологии, микробиологии; анатомия и физиология изучают жизнь на тканевом и организменном уровнях; зоология и ботаника имеют дело с организменным и популяционно-видовым уровнями; экология охватывает биоценотический и биосферный уровни.