Лекции

БИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА

Введение.

1. Предмет биологии. Определение жизни. Признаки живой материи.

2. Общие свойства живых организмов.

3. Понятие гомеостаза.

4. Характеристика уровней организации живой природы.

5. Живой организм как система.

1. Предмет биологии. Определение жизни. Признаки живой материи.

Биология (от греч. bios-жизнь, logos-понятие, уче­ние) - наука, изучающая живые организмы. Развитие этой науки шло по пути изучения элементарнейших форм существования материи. Это относится и к живой, и к неживой природе. При таком подходе законы живого пытаются познать, изучая вместо единого целого отдельные его части, т.е. изучают элементарные акты жизнедеятельности организмов с применением законов физики, химии и т.д. При другом подходе «жизнь» рассматривают как совершенно особенное и уникальное явление, которое нельзя объяснить только действием законов физики и химии. Т.о. основ­ная задача биологии как науки состоит в том, чтобы истолковать все явления живой природы, исходя из научных законов, не забывая при этом, что целому организму присущи свойства, в корне отличающие­ся от свойств частей, его составляющих. Нейро­физиолог может описать работу отдельного нейро­на языком физики и химии, но сам феномен со­знания так описать нельзя. Сознание возникает в результате коллективной работы и одновременного изменения электрохимического состояния мил­лионов нервных клеток, однако мы до сих пор не имеем реального представления о том, как возникает мысль и каковы ее химические основы. Итак, мы вынуждены признать, что не можем дать строгого определения, что же такое жизнь, и не можем сказать, как и когда она возникла. Все, что мы можем, - это перечислить и описать специфические признаки живой материи, которые присущи всем живым существам и отличают их от неживой материи:

1) Единство химического состава. В живых организмах 98% химического состава приходится на 4 элемента: углерод, кислород, азот и водород.

2) Раздражимость. Все живые существа способны реагировать на из­менение внешней и внутренней среды, что помогает им выжить. Например, кровеносные сосуды кожи млекопитающих при повышении температуры тела расширяются, рассеивая избыточное тепло и тем самым снова восстанавливая оптимальную темпе­ратуру тела. А зеленое растение, которое стоит на подоконнике и освещается только с одной стороны, тянется к свету, потому что для фотосинтеза нужна определенная освещенность.

3) Движение (подвижность). Животные отличаются от растений способностью перемещаться из одного места в другое, т. е. спо­собностью к движению. Животным необходимо двигаться, чтобы добывать пищу. Для растений подвижность необязательна: растения способны са­ми создавать питательные вещества из простейших соединений, доступных почти повсюду. Но и у растений можно наблюдать движения внутри кле­ток и даже движения целых органов, хотя и с меньшей, чем у животных, скоростью. Могут дви­гаться и некоторые бактерии, и одноклеточные водоросли.

4) Обмен веществ и энергии. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые организму и выделяя продукты жизнедеятельности. Питание, дыхание, выделение – разновидности обмена веществ.

Питание. Пища нужна всем живым существам. Они использу­ют ее как источник энергии и веществ, необходимых для роста и других процессов жизнедеятельности. Растения и животные различаются главным обра­зом по тому, как они добывают пищу. Почти все растения способны к фотосинтезу, т. е. они сами создают питательные вещества, используя энергию света. Фотосинтез - одна из форм автотрофного пи­тания. Животные и грибы питаются по-иному: они используют органическое вещество других организ­мов, расщепляя с помощью ферментов это органи­ческое вещество и усваивая продукты расщепления. Такое питание называют гетеротрофным. Гетеротрофами являются многие бактерии, хотя некото­рые из них автотрофны.

Дыхание. Для всех процессов жизнедеятельности нужна энер­гия. Поэтому основная масса питательных веществ, получаемых в результате автотрофного или гетеро­трофного питания, используется в качестве источни­ка энергии. Энергия высвобождается в процессе дыхания при расщеплении некоторых высокоэнерге­тических соединений. Высвобождаемая энергия за­пасается в молекулах аденозинтрифосфата (АТФ), который обнаружен во всех живых клетках.

Выделение. Выделение, или экскреция, - это выведение из орга­низма конечных продуктов обмена веществ. Такие ядовитые «шлаки» возникают, например, в процессе дыхания, и их надо обязательно удалять. Животные потребляют очень много белков, и, поскольку белки не запасаются, их необходимо расщепить, а затем вывести из организма. Поэтому у животных вы­деление сводится в основном к экскреции азотистых веществ. Еще одной из форм экскреции можно считать выведение из организма свинца, радио­активной пыли, алкоголя и массы других вредных для здоровья веществ.

5) Рост. Объекты неживой природы (например, кристалл или сталагмит) растут, присоединяя новое вещество к наружной поверхности. Живые существа растут изнутри за счет питательных веществ, которые орга­низм получает в процессе автотрофного или гетеро­трофного питания. В результате ассимиляции этих веществ образуется новая живая протоплазма. Рост живых существ сопровождается развитием – необратимым количественным и качественным изменением.

6) Размножение. Продолжительность жизни у каждого организма ограничена, однако все живое «бессмертно», т.к. живые организмы оставляют после смерти себе подобных. Вы­живание вида обеспечивается сохранением главных признаков родителей у потомства, возникшего пу­тем бесполого или полового размножения. Закодированная наследственная информация, которая передается от одного поко­ления к другому, содержится в молекулах нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) и РНК (рибонуклеиновой кислоты).

7) Наследственность – способность организмов передавать свои признаки и функции следующим поколениям.

8) Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства.

9) Саморегуляция. Выражается в способности организмов поддерживать постоянство своего химического состава и функций в системе (например, постоянство температуры тела), физиологических процессов в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды. В отличие от живой материи мертвое органи­ческое вещество легко разрушается под действием механических и химических факторов окружающей среды. Живые существа обладают встроенной си­стемой саморегуляции, которая поддерживает про­цессы жизнедеятельности и препятствует неуправля­емому распаду структур и веществ и бесцельному выделению энергии.

Эти главные признаки живого более или менее выражены у любого организма и служат единственным показателем того, жив он или мертв. Не следует, однако, забывать, что все эти при­знаки - лишь наблюдаемые проявления главного свойства живой материи (протоплазмы) – ее спо­собности извлекать, превращать и использовать энергию извне. К тому же протоплазма способна не только поддерживать, но и увеличивать свои энер­гетические запасы.

2. Общие свойства живых организмов.

Итак, объектом биологических исследований является живой организм. Вне зависимости от уровня организации все живые организмы в процессе эво­люции воплотили в себе, в отличие от неорганического мира, ряд качест­венно новых свойств.

1) Земля как планета сформировалась около 4,5 млрд лет назад. Живые организмы в их самой примитивной форме появились около 0,5— 1 млрд лет назад. Следовательно, они были вынуждены «вписать­ся» в окружающие их явления неорганического мира — закон всемирного тяготения, газовую среду, температуру, электромагнитный фон и др.

2) Среда, в которую вписались живые организмы, представляет собой прочно связанную совокупность яв­лений физического мира, определяемую прежде всего соотношением пла­нет, и в первую очередь Земли и Солнца. Среди этих явлений есть эпизодические — атмосферные осадки, зем­летрясения, и явления, периодически повторяющиеся,— смена времен года, приливы и отливы океанов, восходы и заходы солнца и др. Живые организмы отразили их в своей организации. Особенно важны­ми для жизнедеятельности оказались периодически повторяющиеся воз­действия.

3) Живые организмы не только вписались во внешний мир, но и изолировали себя от него при помощи специальных барьеров. Структурно-функциональная единица барьеров — мембрана клетки — универсальна. Она примерно одинакова и у яйцеклетки морского ежа, и у нейрона головного мозга человека. Мембраны позволили первым живым организмам, с одной сторо­ны, обособиться от водной среды, в которой они возникли, а с другой — ак­тивно взаимодействовать с ней с целью удовлетворения своих потребностей.

Таким образом, организм можно определить как физико-химиче­скую систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. Именно эта способность живых систем сохранять стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся среды и обуслов­ливает их выживание. Для обеспечения стационар­ного состояния у всех организмов - от морфологи­чески самых простых до наиболее сложных - вы­работались разнообразные анатомические, физио­логические и поведенческие приспособления, слу­жащие одной цели – сохранению постоянства внутренней среды.

3. Понятие гомеостаза.

Впервые мысль о том, что постоянство внутрен­ней среды обеспечивает оптимальные условия для жизни и размножения организмов, была высказана в 1857 г. французским физиологом Клодом Бернаром. На протяжении всей его научной деятельности Клода Бернара поражала способность организмов регулировать и поддерживать в достаточно узких границах такие физиологические параметры, как температура тела или содержание в нем воды. Это представление о саморегуляции как основе физиоло­гической стабильности было сформулировано Клодом Бернаром в виде ставшего классическим утверждения: «Постоянство внутренней среды является обязательным условием свободной жизни». Для определения механизмов, под­держивающих такое постоянство, был введен термин гомеостаз (от греч. homoios-тот же; stasis-стояние). Вместе с тем постоянство внутренней среды организма – условное понятие, так как во всем организме непрерывно протекает бесчисленное множество различных процессов. Состояние организма непрерывно меняется, меняются и оптимальные значения жизненно важных показателей. Так, например, в обычном состоянии артериальное давление поддерживается на уровне 120/80. Это значение несколько снижается во время ночного сна, при быстром же беге, напротив, значительно увеличивается. Такие изменения – не отрицание гомеостаза, т.к. для каждого функционального состояния оптимальные значения артериального давления различны. Иногда для более точного определения явления гомеостаза используют термин «гомеокинез».