Властивості живих систем
- 12-11-2021, 00:55
- 576
9 Клас , Біологія 9 клас Шаламов, Носов, Литовченко, Каліберда
§ 64. Властивості живих систем
Що таке життя?
Упродовж цього навчального року ми вивчали різні аспекти існування живих організмів: молекулярні та клітинні основи життєдіяльності, закони спадковості та їх застосування на практиці, взаємодію організмів між собою і з довкіллям. То що ж таке життя? Хоча всі ми здатні інтуїтивно відрізнити живе від неживого, проте дати точне визначення поняттю «життя» дуже складно, практично неможливо. Спроби відповісти на запитання, що таке життя, робилися неодноразово. Є понад сто визначень життя, що їх запропонували свого часу представники різних наук, узявши за основу різні його аспекти.
Одне з найвідоміших визначень життя дав Фрідріх Енгельс, який стверджував, що «життя є спосіб існування білкових тіл, істотним моментом якого є постійний обмін речовин із зовнішньою природою, причому з припиненням цього обміну речовин припиняється й життя, що призводить до розкладання білка». Це визначення, дуже прогресивне для свого часу, звісно, не може вважатися достатньо точним у світлі сучасних знань. Наприклад, воно не враховує фундаментальної ролі інших, окрім білків, біомолекул і не розглядає явища спадковості.
Рис. 64.1. Відтворення молекули РНК (зеленим кольором) за матрицею ДНК (синім кольором) за допомогою білка (жовтим кольором) у процесі транскрипції
Рис. 64.2. Мутація під час реплікації є прикладом «самовідтворення з варіаціями»
1. Вихідний ланцюг. 2. Правильна копія. 3. Вихідний ланцюг. 4. Мутантна копія.
Іншим, більш сучасним визначенням життя є запропоноване біофізиком Михайлом Волькенштейном формулювання: «Живі тіла, що існують на Землі, є відкритими системами, що саморегулюються, самовідтворюються та побудовані з біополімерів — білків і нуклеїнових кислот» (рис. 64.1). Це визначення більш досконале порівняно з визначенням Енгельса, оскільки враховує деякі фундаментальні властивості живого (саморегуляцію, самовідтворення) і вказує на роль нуклеїнових кислот. Проте воно все ж залишається доволі неточним й узагальненим, оскільки враховує аж ніяк не всі властивості живих організмів і не розглядає форм життя, що не містять білків.
Ось ще кілька прикладів визначень, зроблених у різні епохи різними вченими.
Давньогрецький філософ Аристотель стверджував, що життя — це «харчування, ріст та дряхління організму».
Група французьких просвітників, які працювали наприкінці XVIII століття над «Тлумачним словником наук, мистецтв і ремесел», визначила життя як «стан, протилежний смерті». А французький учений Марі Франсуа Біша писав, що життя це «сукупність функцій, що чинять спротив смерті».
Французький хімік Антуан Лавуазьє називав життя «хімічною функцією».
Відомий біолог Борис Мєдніков стверджував, що «життя — це активна властивість живої матерії, що супроводжується витратою енергії на підтримку та відтворення специфічної структури».
З погляду біофізики, життя — це процес або система, розвиток яких спрямований на зменшення власної ентропії за рахунок підвищення ентропії навколишнього середовища. Ентропія — це ступінь невпорядкованості системи. Тобто, підтримуючи порядок усередині себе, живі системи створюють безлад у довкіллі. Зверніть увагу на це визначення — ми повернемося до нього ще раз, коли обговорюватимемо властивості живих організмів.
На підставі аналізу всіх наявних визначень життя біофізик Едуард Тріфонов нещодавно запропонував «мінімальне» визначення: «Життя — це самовідтворення з варіаціями» (рис. 64.2). Це визначення фокусується на двох фундаментальних аспектах живого — спадковості та мінливості, але не враховує решти.
Дуже близьким до нього є офіційне визначення життя, яким послуговується Національне аерокосмічне управління США (NASA) для пошуку позаземного життя: «Життя — хімічна система, що самопідтримується та здатна до дарвінівської еволюції».
Продовжувати наводити приклади визначень життя можна було б ще дуже довго, але чи має це сенс? Як бачимо, досі немає жодного визначення життя, що зусібіч описувало б його властивості. Як ви гадаєте, чому настільки складно дати визначення такого «буденного» явища? Імовірно, річ у тім, що явище життя багаторівневе, проявляє себе в різних масштабах — від молекули до біосфери: згадайте, у § 1 йшлося про різні рівні організації життя. Поняття «живі організми» включає всього лише один рівень організації живого — організмовий. Намагаючись визначити життя через властивості живих організмів, ми не враховуємо решти рівнів його організації; намагаючись визначити життя як глобальне явище — не зважаємо на властивості окремих живих організмів. Спробуймо підійти до проблеми по-іншому: визначити спільні властивості всіх живих істот, щоб через опис цих властивостей наблизитися до розуміння феномену життя.
Властивості живих організмів багатогранні
Ми з’ясували, що поняття «життя» та «живе» вказують на різні рівні організації того самого явища, а тому дати вичерпне визначення життя практично неможливо. Можливо, легше дати визначення «живого», яке б однозначно відрізняло його від «неживого»? Спробуйте зробити це самі, і ви переконаєтеся, що замість того, щоб намагатися дати точне визначення, доцільніше спробувати з’ясувати якісь спільні властивості живих організмів, які відрізняють їх від об’єктів неживої природи. Багато з цих властивостей ви можете назвати самі. Наприклад, усі ми знаємо, що живі організми рухаються, харчуються, розмножуються та ростуть. Це дуже важливі властивості живого, проте не варто забувати, що, наприклад, деякі дорослі метелики взагалі не харчуються і не ростуть, а мули не здатні розмножуватися.
Збагатившись цьогорічними знаннями, ми можемо додати до переліку властивостей живого ще й такі: єдність хімічного складу, наявність обміну речовин, складна мікроскопічна будова, клітинна структура, наявність механізмів спадковості та мінливості, здатність до еволюції. Ці властивості універсальніші, ніж перелічені вище, але недостатньо конкретні: багато штучних об’єктів неживої природи (наприклад, комп’ютер чи автомобіль) споживають енергію і мають складну структуру, мінливі та «еволюціонують» (рис. 64.3).
Більш висока впорядкованість живих організмів порівняно з неживою природою та здатність підвищувати власну впорядкованість унаслідок підвищення ступеня невпорядкованості (ентропії) в навколишньому середовищі — одна з найважливіших властивостей живого з погляду фізики. Справді, жоден неживий об’єкт не здатний самостійно підвищувати свою впорядкованість та ускладнюватися, проте це здатні робити всі живі організми. Згідно з другим законом термодинаміки, ентропія у Всесвіті може тільки збільшуватися. Живі організми не здатні порушити цей закон, але можуть знизити ентропію локально — усередині себе, витративши на це енергію й при цьому підвищивши ентропію глобально — у решті Всесвіту. Організми синтезують складні молекули та створюють складні мікро- й макроструктури, зменшуючи невпорядкованість. Але при цьому вони розщеплюють складні молекули на більш прості, змінюють хімічний склад і температуру середовища навколо себе — усе це підвищує невпорядкованість поза організмами (рис. 64.4).
Рис. 64.3. Еволюція слонів та автомобілів BMW
Рис. 64.4. Зміна ентропії живими організмами
Зменшуючи ентропію всередині себе, організми збільшують її у Всесвіті.
Наслідком здатності підтримувати та підвищувати свою впорядкованість є здатність живих організмів до саморегуляції й самовідновлення.
Кожна з перелічених властивостей не здатна сама повністю схарактеризувати всіх живих істот, і зовсім не всі живі істоти мають повний набір усіх наведених властивостей. Ба більше, кожна з властивостей живого окремо проявляється й у неживій природі. Однак опис життя через характерні властивості живих організмів — це найкраща на сьогодні відповідь на запитання, що таке життя.
Замість післямови
Ми сподіваємося, що після вивчення біології в 9-му класі це складне, багатогранне та безмежно цінне поняття — життя — стало для вас зрозумілішим і ближчим. Читаючи параграфи, розглядаючи ілюстрації та виконуючи завдання, ви з кожною перегорнутою сторінкою ставали розумнішими, мудрішими та кращими. Ми сподіваємося, що, порівнявши себе на початку року та зараз, ви помітите ці суттєві відмінності! Добре, якщо вам сподобалося подорожувати сторінками цього підручника, і ще краще, якщо ви полюбили біологію, адже, як сказав Й. В. Ґете, «навчитися можна лише того, що любиш!»
Проект на літо для вільного від відпочинку часу
«Життя»
- 1) Поміркуйте над значенням живих систем в існуванні нашої планети загалом та у вашому житті зокрема. Якою була б Земля і як би ми існували без них?
- 2) Свої міркування оформіть у вигляді літературного твору в прозі чи віршах, намалюйте картину, зніміть відеоролик, напишіть пісню, зробіть яскраву презентацію чи фотоколаж — творіть у тому форматі, який вам більше до вподоби.
- 3) Представте свій витвір друзям і рідним, поділіться ним у соцмережах й обов’язково продемонструйте однокласникам у наступному навчальному році!
Лабораторне дослідження
Властивості ферментів
Мета: дослідити вплив різних чинників на роботу ферментів.
Обладнання: штативи для пробірок, п’ять пробірок, мірні піпетки, ємність із киплячою водою, ємність із льодом, вода, свіжоприготований 0,1 % розчин крохмалю, 9 % розчин оцтової кислоти (столовий оцет), 5 % спиртовий розчин йоду (аптечний йод).
Хід дослідження
1. Ротову порожнину прополощіть кілька разів чистою водою. У пробірку зберіть приблизно 1 мл слини і додайте 9 мл води.
2. У кожну з чотирьох пронумерованих пробірок додайте по 1 мл розчину слини, відповідний реагент та після ретельного перемішування поставте в місце з відповідною температурою, зазначеною в таблиці.
3. Через 5 хвилин у кожну пробірку додайте по 1 мл 0,1 % розчину крохмалю й залиште за тієї самої температури.
4. Ще через 5 хвилин пробірки витягніть із льоду та киплячої води й чекайте, допоки їх уміст матиме кімнатну температуру. Потім додайте кілька крапель 5 % розчину йоду. За наявності крохмалю в пробірці з’явиться синьо-фіолетове забарвлення.
5. Проаналізуйте, за яких умов фермент слини амілаза розщепив крохмаль і відповідного забарвлення не спостерігається, а за яких умов фермент неактивний. Поясніть спостережувані явища. Зробіть висновки.
Лабораторне дослідження
Фази мітозу
Мета: удосконалити навички роботи з мікроскопом та мікропрепаратами, закріпити знання про фази мітозу, навчитися розпізнавати їх на мікропрепаратах.
Обладнання: мікроскоп, постійний мікропрепарат клітин корінців цибулі.
Хід дослідження
1. Налаштуйте мікроскоп і розгляньте мікропрепарат.
2. Знайдіть зону поділу біля кореневого чохлика й розгляньте на великому збільшенні клітини на різних стадіях поділу.
3. Замалюйте зовнішній вигляд клітин на різних стадіях клітинного циклу й мітозу та підпишіть окремі елементи. Зробіть висновки.
Лабораторне дослідження
Мінливість у рослин і тварин
Мета: удосконалити навички біологічних досліджень, дослідити межі мінливості різних організмів.
Обладнання: лінійка, ростомір (сантиметр), об’єкти дослідження (листки, бульби картоплі, коренеплоди моркви чи буряка, яблука, цибулини, зернини квасолі).
Хід дослідження
Мінливість у рослин
1. Виміряйте довжину черешка чи листкової пластини у 20 листків (довжину чи кількість вічок на бульбах картоплі, довжину коренеплодів моркви чи буряка, діаметр яблук чи цибулин, кількість темних плям на зернинах квасолі).
2. Запишіть отримані результати в порядку зростання й зазначте кількість об’єктів із певним значенням ознаки. Побудуйте варіаційну криву: відклавши на осі абсцис значення ознаки, а на осі ординат — кількість об’єктів із відповідним значенням ознаки.
Мінливість у тварин
3. Виміряйте зріст усіх ваших однокласників, а також, якщо є змога, учнів паралельних класів.
4. Побудуйте варіаційну криву, як описано в пункті 2.
5. Проаналізуйте отримані криві, поясність їхню форму та зробіть висновки.
Лабораторна робота
Вивчення структурно-функціональної різноманітності клітин
Мета: удосконалити навички роботи з мікроскопом і мікропрепаратами, навчитися виготовляти тимчасові мікропрепарати, ознайомитися з різноманітністю клітин представників окремих груп організмів.
Обладнання: мікроскоп, предметні та покривні скельця, препарувальна голка, піпетки, скляна паличка, зубочистка, вода, 5 % розчин йоду, цибулина, підготовлена культура дріжджів.
Хід роботи
1. Приготуйте тимчасовий мікропрепарат рослинних клітин шкірочки м’ясистої луски цибулі. Для цього зніміть із зовнішнього боку луски тонку прозору шкірочку. Покладіть її у краплю води і додайте краплю 5 % розчину йоду. Накрийте покривним скельцем.
2. Приготуйте тимчасовий мікропрепарат тваринних клітин епітелію ротової порожнини. Для цього скляною паличкою кілька разів проведіть по внутрішній поверхні щоки. Отримані клітини помістіть у краплю води на предметному скельці. Накрийте покривним скельцем.
3. Приготуйте тимчасовий мікропрепарат клітин дріжджів. Для цього розмішайте достатню кількість дріжджів у теплому водному розчині цукру. Залиште розчин у теплому місці на кілька годин. Краплі культури дріжджів перенесіть на предметне скельце. Накрийте покривним скельцем.
4. Приготуйте тимчасовий мікропрепарат клітин бактерій. Для цього зубочисткою зніміть наліт із зубів та розчиніть його у краплі води на предметному скельці. Накрийте покривним скельцем.
5. Розгляньте на великому збільшенні отримані мікропрепарати. Замалюйте побачене та порівняйте клітини за будовою. Зробіть висновки.
Корисні біологічні Інтернет-ресурси
Не забувайте також про існування української версії Вікіпедії, до створення якої можете долучитися й ви!
Коментарі (0)