Биология? Это просто!

Биология? Это просто!

Не то, что мните вы природа:

Не слепок, не бездушный лик –

В ней есть душа, в ней есть свобода,

В ней есть любовь, в ней есть язык

Ф.И. Тютчев

Предуведомление автора.

Изучать что-либо и не задумываться над выученным – абсолютно бесполезно. Задумываться над чем-либо, не изучив предварительно предмет раздумий – опасно.

Конфуций

Школьная “биология” и реальная биология, то есть биология как наука, - это совсем не одно и то же. Биология сегодня - наука фундаментальная, как математика или физика, имеющая свой понятийный аппарат и свою логику. Более того, нынешнюю биологию невозможно понять, не зная основ физики, химии и математики, так как современная наука биология и стремительно развивающиеся биотехнологии поглощают и математику, и физику, и химию, делая эти науки составной частью биологии. Процесс совершенно закономерный, особенно если вспомнить, что время от времени, какая либо из естественных наук была главенствующей на известном этапе развития человеческой цивилизации. Например, конец XIX  начало XX был “веком химии”. Современникам казалось, что химия - самая главная наука и именно с ее помощью человечество станет счастливее и богаче, то есть решит все проблемы с пищей, строительными материалами и т.п. В XX веке, после создания атомной бомбы, самой “главной” наукой стала физика. И точно так же современники считали, что именно и только физика сможет облагодетельствовать человечество. Увы, оказалось, что это далеко не так. И только сейчас, в начале XXI века, человечество начинает с огромным трудом (подумаешь, какие-то пестики - тычинки, лапки – крылышки!) осознавать, что реально существует одна фундаментальная наука – биология.

Увы, но и по сей день многие люди всё ещё этого не понимают. Результат - самый плачевный: по окончании школы помнятся какие-то “пестики - тычинки”, “кошмар задач по генетике” и зачастую выпускник не может дать вразумительного ответа на простейшие вопросы. Например, почему листья зеленые, или почему плоские черви - плоские, а круглые – круглые. Почему птицы сидят на яйцах, или почему у африканского слона уши больше, чем у индийского и зачем хвостовой плавник рыб имеет выемку…

Биология – это…

Студенты-острословы довольно просто дают определение естественным наукам: если оно зеленое и дергается – это биология; если воняет – химия; если не работает – физика, а если ничего не понятно – математика. А если это неработающее зелёное и непонятное дёргается и воняет – то это жизнь. Вот биология-то и занимается изучением этой самой жизни. То есть биология – это наука о ЖИЗНИ во всех ее проявлениях.

Понятное дело, что для удобства студентов и чиновников биология подразделяется на ряд других наук и дисциплин, но об этом мы поговорим несколько позже.

А сейчас определим понятие «жизнь» не прибегая к мнимомудрствованию: жизнь – это один из способов существования материи во Вселенной. Вот так просто. И чертовски сложно одновременно.

На житейском уровне мы знаем две категории материи: НЕЖИВАЯ (косная) и ЖИВАЯ материя. Между ними есть фундаментальное сходство - живая и неживая материи состоят из атомов и молекул разной степени сложности. Однако для живой материи характерна высокая упорядоченность составляющих её атомов, достигаемая ценой затраты энергии.

Живая материя (т.е. жизнь) на Земле представлена ОРГАНИЗМАМИ. Организм (особь) - это биологическая система, представляющая собой динамичную сумму атомов, молекул, макромолекул, информационных макромолекул (ДНК, РНК) и их разнообразнейших объединений (агрегаций).

Из вышесказанного просто и логично выводятся уровни организации живой материи:

1. Молекулярный уровень. Элементарные, то есть наименьшие структурные единицы уровня - молекулы. Основные явления этого уровня: репликация, биосинтез, мутации, передача информации.

2. Клеточный уровень. Структурными элементарными единицами этого уровня являются различные органоиды и компоненты клеток. Основные процессы уровня: способность к самовоспроизведению, регуляторность химических реакций, запасание и расходование энергии, то есть жизнедеятельность.

Тут надобно заметить, что многие из органоидов клетки не что иное, как агрегации молекул и макромолекул. Например, рибосомы, микротрубочки, вакуоли.

3. Организменный уровень. Единицей уровня является организм (особь). Основные процессы уровня: возникновение новых организмов, взаимодействие организмов между собой.

4. Популяционно-видовой уровень. Единицей уровня являются особи, объединённые в популяции, которые в свою очередь объединены в виды. Основные признаки уровня: рождаемость, смертность, структура популяции (половая и возрастная), плотность (штук на единицу площади), численность популяции (штук в единицу времени).

5. Биосферный уровень. Единицей уровня является биогеоценоз (то есть, например, мировой океан, или Чёрное море, или гнилой пень). Для этого уровня характерно: активное взаимодействие живого и неживого вещества, биологический круговорот веществ и энергии.

Клетка – это…

КЛЕТКА – наименьшая, то есть элементарная, универсальная структурная единица живой материи, характеризуемая степенью упорядоченности (то есть совокупности атомов, молекул, макромолекул, информационных молекул) + сложности (про- и эукариоты - количество и качество информации) и жизнедеятельностью, обладает возбудимостью и раздражимостью, участвует в обмене веществ и энергии, способна к росту, регенерации (восстановлению), размножению, передаче генетической информации и приспособлению к условиям среды.

ОРГАНИЗМ(= живое существо = особь = открытая биологическая система = жизнь) характеризуется ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ. Жизнедеятельность - процессы обмена с окружающей средой веществом, энергией, информацией и способность к самовоспроизведению. Другими словами, организм способен питаться (есть, поглощать вещество из окружающей среды), выделять (вещества в окружающую среду), дышать (это обмен и веществом и энергией);  способен раздражаться, то есть реагировать на изменения в окружающей среде (обмен информацией) и размножаться (самовоспроизведение, создание себе подобных).

На нашей планете выделяют две категории организмов: ОДНОКЛЕТОЧНЫЕ и МНОГОКЛЕТОЧНЫЕ.

Вирусы не являются организмами, так как не обмениваются с окружающей средой веществом и энергией. Вирус - это автономная генетическая (= информационная) структура, способная функционировать только в клетке и за ее счет.

Вирусы, вероятно, занимают промежуточное положение между косной материей и жизнью.

Жизнедеятельность организма:

1.Питание: автотрофы(фотосинтетики и хемосинтетики) и гетеротрофы (фаготрофы и осмотрофы).

 Питание - процесс поступления в организм и усвоения им веществ необходимых для восполнения энергетических затрат, построения и возобновления тела. Такие вещества называют питательными.

Процесс питания принципиально одинаков (однотипен) у всех организмов планеты будь то бактерии, грибы, растения или животные, Различны только источники поступления питательных веществ в организм - часть организмов Земли сначала делает (синтезирует) питательные вещества, а затем использует их (съедает) Другая часть организмов должна получить уже готовые питательные вещества в виде пищи.

Пища = питательные вещества (мономеры белков, жиров и углеводов) + балластные вещества (не необходимые, ненужные, неусвояемые, одним словом - лишние).

Организмы способные к синтезу (созданию) питательных органических веществ из неорганических, называют АВТОТРОФЫ (растения и часть бактерий).

Организмы, потребляющие готовые, т.е. созданные другими организмами органические вещества, называют ГЕТЕРОТРОФЫ (животные, грибы и часть бактерий).

Помимо автотрофов и гетеротрофов, на нашей планете существуют организмы способные переключаться с одного типа питания на другой. Например, Эвглена зелёная (Euglena viridis) имеет в цитоплазме хлоропласты и на свету, как типичный автотроф, вначале фотосинтезирует питательные вещества, а затем или съедает их, или откладывает прозапас. При длительном затенении, то есть в отсутствие возможности фотосинтеза, переключается на потребление готового органического вещества как типичный гетеротроф: первым потребляется запас, следом перевариваются собственные хлоропласты и, в завершении, начинается “охота” на органические вещества окружающей среды. Подобные организмы называют МИКСОТРОФЫ.

2.Выделение: диффузное и системное.

Выделение (экскреция) -  выведение организмом конечных продуктов обмена веществ, чужеродных и токсических соединений, избытка воды, солей и органических соединений поступивших в организм с пищей или образовавшихся в организме в результате метаболизма.

Диффузное выделение  не требует от организма затрат энергии и происходит через поверхность тела. Определяется и регулируется физическими законами диффузии. Диффузное выделение наблюдается у многих морских беспозвоночных, грибов, большинства одноклеточных.

Системное выделение. У большинства организмов процесс выделения происходит с затратой энергии неким “механизмом”, представляющим собой систему специализированных клеток, или систему тканей, или систему органов.

3.Дыхание: диффузное и системное; аэробы, анаэробы.

Дыхание - это поступление в организм кислорода, использование его в окислительно-восстановительных процессах + удаление из организма углекислого газа и некоторых других соединений, являющихся конечными продуктами обмена веществ.

Диффузное дыхание не требует от организма затрат энергии - газы диффундируют через поверхность тела по градиенту концентраций.

Системное дыхание осуществляется (с затратой энергии пищи) специально для этого сформированной многоклеточным организмом ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ, складывающейся из органов и тканей.

4.Раздражимость.

Раздражимость - это способность организма каким-либо образом отвечать на воздействие окружающей среды. внешняя и внутренняя?

Это свойство характерно для всех живых существ. Раздражитель - фактор среды; раздражение - воздействие раздражителя; раздражимость - ответ организма на раздражение. Одноклеточные не имеют нервной системы, они воспринимают раздражения всей клеткой и способны отвечать на них движением, называемые таксисом, перемещаясь в направлении раздражителя или от него. Примеры с кристалликом соли и бактериями в капле воды, доказывающие, что одноклеточные обладают раздражимостью: поместим рядом на стекле каплю чистой воды и каплю воды с инфузориями. Соединим обе капли тонким водяным каналом. В каплю с инфузориями положим маленький кристаллик соли. По мере растворения соли туфельки будут переплывать в каплю с чистой водой, так как для инфузорий раствор соли вреден. Изменим условия опыта. В каплю с инфузориями не будем прибавлять ничего. Зато в другую каплю добавим немного настоя сена с бактериями. Тогда туфельки соберутся около бактерий - своей обычной пищи. Эти опыты показывают, что инфузории могут отвечать определенным образом на воздействия окружающей среды, т.е. обладает раздражимостью.

5.Размножение: половое и вегетативное.

Размножение - это воспроизведение организмом себе подобных. В основе воспроизводства (фабрикации) себе подобных лежит наследственность.

Наследственность - это поток информации от родителей потомкам, в результате чего обеспечивается преемственность видоспецефических признаков между поколениями. Обеспечивается информационными макромолекулами (ДНК, РНК).

Нобелевский лауреат Игорь Пригожин утверждает, что «жизнь – это процесс самоорганизации, протекающий в диссипативной системе, далёкой от равновесия».