• Свойства живой материи. Хотя биология исследует разные проявления жизни в течение многих столетий, даже на современном этапе ее развития трудно дать четкое и лаконичное определение понятия «жизнь». Поэтому перечислим основные свойства, присущие живой материи. Большинство из них вам известны из предыдущих разделов курса биологии.

Каждое живое существо, или организм, состоит из отдельных частей - клеток (рис. 2.1). Неживые предметы (за исключением остатков организмов) клеточного строения не имеют. Таким образом, клетка - это структурно-функциональная единица организации живых организмов. Неклеточные формы жизни - вирусы - способны проявлять жизнедеятельность лишь внутри клеток организмов, в которых они паразитируют.

Организмы и неживые объекты отличаются соотношением химических элементов, входящих в их состав. В состав живых существ входят те же химические элементы, из которых состоят и неживые объекты. Однако химический состав всех организмов более-менее подобен, тогда как у разных компонентов неживой природы он отличается. Например, в водной оболочке Земли (гидросфере) преобладают водород и кислород, в газообразной (атмосфере) - кислород и азот, в твердой (литосфере) - кремний, кислород и т. п. В составе всех живых существ преобладают четыре химических элемента: водород, углерод, азот и кислород.

Рис. 2.1. Растение и клеточное строение листа (1); животное и клеточное строение его ткани (2)

Живой материи присущ обмен веществами и энергией с окружающей средой. Организмы способны создавать органические соединения, причем многие из них синтезируют эти вещества из неорганических (растения, цианобактерии, некоторые бактерии и одноклеточные животные). Питательные вещества (а также Н2О, СО2, О2) живые существа получают из окружающей среды, то есть питаются и дышат. Соединения, которые поступили в живые организмы, изменяются. Часть из них используется для обеспечения собственных потребностей организма в энергии, а другая часть - в качестве строительного материала, необходимого для роста и обновления отдельных клеток и организма в целом. Напомним, что энергия освобождается в результате расщепления органических соединений.

Обмен веществ (метаболизм) - это совокупность физических и химических процессов, которые происходят как в отдельных клетках, так и в целостном многоклеточном организме. Конечные продукты обмена веществ организмы выводят в окружающую среду. Туда же выделяется и часть энергии. Следовательно, любой организм является открытой системой. Это значит, что он может длительное время функционировать лишь при условиях поступления извне энергии, питательных и других веществ.

Каждая биологическая система способна к саморегуляции. Обмен веществ обеспечивает одно из самых главных условий существования живых существ - поддержание гомеостаза - способности биологических систем сохранять относительное постоянство своего состава и свойств при изменениях условий окружающей среды. Поддержание гомеостаза обеспечивают системы, регулирующие жизненные функции. У многих животных к регуляторным системам относятся нервная, иммунная и эндокринная, у растений - отдельные клетки, которые выделяют биологически активные вещества (фитогормоны, фитонциды и др.). Все процессы жизнедеятельности клетки или организма согласованы между собой.

Биологическим системам присуща способность к поддержанию своей специфической структуры. Например, многие многоклеточные организмы способны к регенерации - восстановлению потерянных или поврежденных частей. Иногда способность к регенерации может быть очень ярко выражена: некоторых губок можно растереть в ступке до кашицеобразного состояния; при помещении такой «кашки» в водную среду отдельные клетки опять объединяются, формируя целостный организм. Из прикопанного небольшого побега ивы со временем вырастает новое дерево.

Характерная черта организмов - способность к движениям. Движения свойственны не только животным, но и растениям (рис. 2.2). Различные микроскопические одноклеточные водоросли, животные или бактерии двигаются в воде с помощью органелл движения - жгутиков.

Живой материи присуща раздражимость - способность воспринимать раздражители внешней и внутренней (то есть те, которые возникают внутри живой системы) среды и определенным образом на них реагировать. Например, прикосновение к листу мимозы стыдливой (произрастает в Крыму) вызывает его провисание. У животных реакции на раздражители, осуществляемые при участии нервной системы, называют рефлексами.

Рис. 2.2. Круговые движения лиан вокруг ствола дерева

Все биологические системы способны к самовоспроизведению (производить себе подобных). Организмы могут воспроизводить себе подобных, то есть размножаться. Благодаря способности к размножению существуют не только отдельные виды, но и жизнь в целом.

Живые организмы способны к росту и развитию. Благодаря росту они увеличивают свои размеры и массу. При этом одни организмы (например, растения, рыбы) растут в течение всей жизни, другие (например, птицы, млекопитающие, человек) - на протяжении лишь определенного времени. Рост обычно сопровождается развитием - качественными изменениями, связанными с приобретением новых черт строения и особенностей функционирования.

Существование организмов тесно связано с сохранением наследственной информации и ее передачей потомству при размножении. Это обеспечивает стабильность существования видов, ведь потомки обычно похожи на своих родителей. В то же время живым существам присуща также изменчивость - способность приобретать новые признаки во время индивидуального развития. Благодаря изменчивости организмы способны приспосабливаться к изменениям окружающей среды. Изменчивость - необходимая предпосылка как для возникновения новых видов, так и для исторического развития жизни на нашей планете, то есть эволюции.

Биологические системы способны к адаптациям. Напомним, что адаптациями называют появление приспособлений у живых систем в ответ на изменения, происходящие в их внешней или внутренней среде. На рисунке 2.3 показаны две формы зайца-беляка - летняя и зимняя. Смена темной летней расцветки на белую зимнюю - приспособление к обитанию на фоне снежного покрова, которое делает животное менее заметным для врагов. Адаптации могут быть связаны с изменениями особенностей строения (вспомните плавательные перепонки у водоплавающих птиц или крокодилов), процессов жизнедеятельности (зимняя спячка бурых медведей), поведения (перелеты птиц) и т. д. Адаптации определяют возможность обитания живых существ в разнообразных условиях окружающей среды.

Таким образом, организмы и надорганизменные формы организации живой материи - это целостные биологические системы, способные к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.

Живая материя может находиться на разных уровнях организации, которые сформировались в процессе ее исторического развития.

Рис. 2.3. Зимний (1) и летний (2) «наряд» зайца-беляка

• Уровни организации живой материи. Различают такие уровни организации живой материи: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный, или биогеоценотический, и биосферный (рис. 2.4).

На молекулярном уровне (рис. 2.4, 1) происходят химические процессы и превращение энергии, а также сохраняется, изменяется и реализуется наследственная информация. Взаимодействия молекул неорганических (вода, соли, неорганические кислоты) и органических (белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты и т. п.) соединений лежат в основе процессов жизнедеятельности организмов, в частности обмена веществ. На молекулярном уровне существуют элементарные биологические системы, например вирусы. Этот уровень организации живой материи исследуют молекулярная биология, биохимия, генетика, вирусология.

Клеточный уровень организации живой материи (рис. 2.4, 2) характеризуется тем, что в каждой клетке как одноклеточных, так и многоклеточных организмов происходят обмен веществ и превращение энергии, сохраняется и реализуется наследственная информация. Клетки способны к размножению и передаче наследственной информации дочерним клеткам. Следовательно, клетка является элементарной единицей строения, жизнедеятельности и развития живой материи. Клеточный уровень организации живой материи изучают цитология, гистология, анатомия растений.

Организменный уровень (рис. 2.4, 3). У многоклеточных организмов во время индивидуального развития клетки специализируются по строению и выполняемым функциям, часто формируя ткани. Из тканей формируются органы. Разные органы взаимодействуют между собой в составе определенной системы органов (например, пищеварительной, кровеносной). Этим обеспечивается функционирование целостного организма как интегрированной биологической системы (у одноклеточных организмов организменный уровень совпадает с клеточным).

Организменный уровень организации живой материи изучают много наук. Отдельные группы организмов исследуют ботаника (объект исследования - растения), зоология (объект исследования - животные), микология (объект исследования - грибы), бактериология (объект исследования - бактерии). Строение организмов изучает анатомия, а процессы жизнедеятельности - физиология.

Популяционно-видовой уровень. Все живые организмы относятся к определенным биологическим видам. Организмы одного вида имеют общие особенности строения и процессов жизнедеятельности, экологические требования к среде обитания. Они способны оставлять плодовитых потомков. Особи одного вида объединяются в группы - популяции, которые обитают на определенных частях территории распространения данного вида (рис. 2.4, 4). Популяции одного вида более или менее отграничены от других. Популяции являются не только элементарными единицами вида, но и эволюции, поскольку в них происходят все самые элементарные эволюционные процессы, способные обеспечить формирование новых видов. Это поддерживает биологическое многообразие нашей планеты. На нашей планете обитает почти 2,5 млн видов бактерий, цианобактерий, растений, грибов, животных.

Рис. 2.4. Уровни организации живой материи: 1 - молекулярный (происходят биохимические реакции, кодируется наследственная информация); 2 - клеточный (клетки состоят из молекул); 3 - организменный (многоклеточные организмы состоят из клеток); 4 - популяционно-видовой (виды состоят из популяций, а популяции - из отдельных особей); 5 - экосистемный, или биогеоценотический (состоит из разных видов); 6 - биосферный (биосфера - совокупность всех экосистем планеты)

Экосистемный, или биогеоценотический, уровень. Популяции разных видов, которые населяют общую территорию, взаимодействуют между собой и с факторами неживой природы, входят в состав надвидовых биологических систем - экосистем (рис. 2.4, 5). Напомним, что экосистемы, которые занимают территорию с подобными физико-климатическими условиями, называют также биогеоценозами. Биогеоценозы способны к самовоспроизведению. Для них характерны постоянные потоки энергии между популяциями разных видов, а также постоянный обмен веществом между живой и неживой частями биогеоценоза, то есть круговорот веществ.

Биосферный уровень. Отдельные экосистемы нашей планеты в совокупности образуют биосферу - часть оболочек Земли, населенную живыми организмами (рис. 2.4, 6). Биосфера - это целостная экосистема нашей планеты. Биосферный уровень организации живой материи характеризуется глобальным круговоротом веществ и потоками энергии, которые обеспечивают функционирование биосферы. Надорганизменные уровни организации живой материи - популяции, экосистемы и биосферу в целом - изучает экология.

Запомните: все уровни организации живой материи взаимосвязаны между собой: низшие уровни входят в состав более высоких.