Особенности биологического уровня организации материи

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ

ПРИ ПРЕЗИДЕНТЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ

по предмету «Концепция современного естествознания» на тему:

ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ 
 

Студента 4 курса факультета основных образовательных программ

Специальность: Менеджмент организации

Группы З-09-20  по специализации: Инновационные технологии взаимодействия власти, бизнеса и общества в нефтегазовой сфере, энергетике и на транспорте

Шестакова Ивана Ивановича 
 
 
 
 
 

МОСКВА-2011

СОДЕРЖАНИЕ 
 

1. Многогранность  живого …………………………… ....                       3

2. Триединство  концептуальных уровней познания 

в современной  биологии  …………………………….…..                        4                  

3. Структурные  уровни организации живых систем ….. .                      6

4. Развитие современной  концепции биохимического 

единства всего  живого …….………………………………                      10

5. Функционирование  энергетики живого ……………….                      12

6. Особенности  термодинамики, самоорганизации  и

 информационного  обмена в живых системах .…………...                     14

7. Роль генетического  материала в воспроизводстве 

и эволюции живых  организмов ..………………………….                      17

Список использованной литературы ……………………..                       21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1. Многогранность живого

      Предбиологические структуры, представляющие собой гигантские органические макромолекулы, являются пределом химической эволюции вещества. Следующий и принципиально иной уровень сложности в организации  материи по сравнению с атомарно-молекулярным уровнем — это живая материя, живая природа, Жизнь во всех ее формах является объектом биологии, поэтому, имея в виду все живое, можно говорить о биологическом уровне организации материи.

      Живая природа (коротко — жизнь) — это  такая форма организации материи на уровне макромира, которая резко отличается от других форм сразу многими признаками. Каждый из этих признаков может служить для разграничения живой и неживой природы, а соответственно — основой для определения, что есть жизнь. Существенными оказываются все эти признаки. Ни одним из них нельзя пренебречь.

      Прежде  всего любой живой объект является системой — совокупностью взаимодействующих  элементов, которая обладает свойствами, отсутствующими у элементов, образующих этот объект. Для последующего анализа живого воспользуемся определением жизни, которое дал академик М.В. Волькенштейн: «Жизнь есть форма существования макроскопических гетерогенных открытых сильнонеравновесных систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению». Рассмотрим отдельные положения этой формулировки.

      Микроскопичность  живого означает, что любой живой  организм, начиная с бактерии, или  же его самостоятельно функционирующая  подсистема должны содержать большое  число атомов. Иначе упорядоченность, необходимая для жизни, разрушилась бы флуктуациями.

      Гетерогенность  означает, что организм образован  из множества различных веществ.

      Открытость  живой системы проявляется в  непрерывном обмене энергией и веществом  с окружающей средой. Самоорганизация  возможна лишь в открытых сильнонеравновесных системах.

      Помимо  отмеченных ключевых особенностей живых  систем следует указать на другие важные свойства живых организмов.

      Сходство  химического состава всех живых  организмов. Элементный состав живого определяется главным образом шестью элементами: кислород, углерод, водород, азот, сера, фосфор. Кроме того, живые системы содержат совокупность сложных биополимеров, которые для неживых систем не характерны (белки, нуклеиновые кислоты, ферменты и др.).

      Живые системы существуют конечное время. Свойство самовоспроизведения сохраняет биологические виды. Конечность живых систем создает условия их сменяемости и совершенствования.

      Свойство  всего живого — раздражимость - проявляется  в виде реакции живой системы  на информацию, воздействие извне.

      Живая система обладает дискретностью - состоит  из отдельных (дискретных) элементов, взаимодействующих  между собой. Каждый из них также  является живой системой. Наряду с  дискретностью живой системе  присуще свойство цельности —  все ее элементы функционируют только благодаря функционированию всей системы в целом. 

      2. Триединство концептуальных  уровней познания  в современной  биологии

      Биологию  можно определить как науку о  живом, о строении живой материи  и процессах с ее участием, формах и развитии живого, распространении живых организмов и их природных сообществ, взаимосвязях живой и неживой природы.

      Одна  из особенностей биологии связана с  тремя концептуальными уровнями биологического знания. Сосуществуют одновременно три «образа» биологии: описательно-натуралистическая (иное название - традиционная) биология, физико-химическая биология и эволюционная биология.

      Традиционная  биология имеет самую долгую историю. Ее метод — тщательное наблюдение и описание явлений природы, а  главная задача — их классифицирование. Эту задачу выполняет биологическая систематика. В рамках систематики биологические объекты объединяют в группы (таксоны). Группировка возможна по различным принципам. Искусственная классификация проводится на основе легко обнаруживаемых признаков (так, возможна классификация по месту обитания). Естественная классификация использует более содержательные критерии, например, эволюционные связи биологических объектов, в основе которых лежит общее историческое происхождение. Объектом изучения традиционной биологии была и остается живая природа в ее естественном состоянии и нерасчлененной целостности.

      Физико-химическая биология сформировалась благодаря  экспериментальным тенденциям, существовавшим в науке издавна (поэтому иногда это направление именуют еще  и экспериментальной биологией). В настоящее время методами экспериментальной биологии исследуется молекулярный уровень живого, а также структура и функции живых систем на всех остальных уровнях организации. В арсенале современной экспериментальной биологии метод изотопных индикаторов, методы рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии, ультразвуковое зондирование, высокочувствительные методы электромагнитных измерений и др. Развитие физико-химического направления биологии объективно способствовало тесному взаимодействию естественных наук, формированию целостной современной естественнонаучной картины мира. Следует отметить также большое прикладное значение физико-химической биологии как основы многих новейших направлений медицины.

      Эволюционная  биология. С того времени, как в биологии было в полной мере осознано неотъемлемое и наиболее характерное свойство живого — его способность развиваться и совершенствоваться, концепция эволюции получила в ней самостоятельное значение и обусловила формирование отдельного направления — эволюционной биологии. Ее истоки лежат в традиционной биологии. Ч.Дарвин создал теорию естественного отбора, будучи типичным натуралистом. Учение Дарвина — плод пристальных наблюдений над живой природой в самых разных формах ее проявления. Достижения в области традиционной и физико-химической биологии ничего не изменили в логике теории естественного отбора, однако привели к гигантскому обогащению ее предметного содержания. Это в конечном итоге и привело к формированию эволюционной биологии. Современная эволюционная биология имеет задачей последовательное развитие представлений об увеличении многообразия и сложности живого, включая раскрытие деталей механизма эволюции и научное решение проблемы происхождения жизни.

      Многообразные знания о живой природе плохо поддаются формализации и формулированию на их основе постулатов и обобщений, которые могли бы послужить базой для всеохватывающего теоретического знания о живом. На сегодняшний день теоретическая биология только формируется. Главная проблема будущей теоретической биологии — создание единой теории живого. 

      3. 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 хиральностъю (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 является 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». (Д. Мэйзи. Строение и функции биологических структур.)