ІЄРАРХІЧНА СИСТЕМА. РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Жива природа є цілісною, але неоднорідною системою, якій властива ієрархічна організація. під системою в науці розуміють єдність, або цілісність, складене з безлічі елементів, які знаходяться в закономірних відносинах і зв'язках один з одним. Головні біологічні категорії, такі як геном (генотип), клітина, організм, популяція, біогеоценоз, біосфера, являють собою системи. ієрархічної називається система, в якій частині, або елементи, розташовані в порядку від нижчого до вищого. Так, в живій природі біосфера складається з біогеоценозів, представлених популяціями організмів різних видів, а тіла організмів мають клітинну будову.

Ієрархічний принцип організації дозволяє виділити в живій природі окремі рівні, що зручно з точки зору вивчення життя як складного природного явища.

У біології широко використовують класифікацію рівнів відповідно до найважливішими частинами, структурами і компонентами організму, які є для дослідників різних спеціальностей безпосередніми об'єктами вивчення. Такими об'єктами можуть бьггь організм як такої, органи, тканини, клітини, внутрішньоклітинні структури, молекули. Виділення рівнів розглянутої класифікації добре узгоджується з роздільною здатністю методів, якими користуються біологи і лікарі: вивчення об'єкта неозброєним оком, за допомогою лупи, светооптичного мікроскопа, електронного мікроскопа, сучасних фізико-хімічних методів. Очевидна зв'язок цих рівнів і з типовими розмірами досліджуваних біологічних об'єктів (табл. 1.1).

Таблиця 1.1. Рівні організації (вивчення), які виділяються в багатоклітинних організмі (по Е. Дс. Робертіс і ін., 1967, зі змінами)

Взаємопроникнення ідей і методів різних областей природознавства (фізики, хімії, біології), виникнення наук на стику цих областей (біофізика, біохімія, молекулярна біологія) спричинили за собою розширення класифікації аж до виділення молекулярного і електронно-атомного рівнів. Медико-біологічні дослідження, що проводяться на цих рівнях, вже зараз дають практичний вихід в охорону здоров'я.

Так, прилади, засновані на явищах електронного парамагнітного і ядерного магнітного резонансу, з успіхом застосовують для діагностики захворювань і станів організму.

Можливість досліджувати фундаментальні біологічні процеси, що відбуваються в організмі, на клітинному, субклітинному і навіть молекулярному рівнях є видатною, але не єдиною відмінністю сучасної біології. Для неї типовий поглиблений інтерес до процесів в спільнотах організмів, які визначають планетарну роль життя.

Таким чином, класифікація поповнилася надорганізменного рівнями, такими як видовий, биогеоценотичний, біосферний.

Розібраної вище класифікації дотримується більшість конкретних медико-біологічних і антропобіологічних наук. Це не дивно, так як вона відображає рівні організації живої природи через історично сформовані рівні її вивчення. У завдання курсу біології медичного вузу входить дати найбільш повну характеристику біологічного «спадщини» людей. Для вирішення цього завдання доцільно скористатися класифікацією, найближче відображає саме рівні організації життя.

У названій класифікації виділяються молекулярно-генетичний, клітинний, організменний, або онтогенетичний, популяційно-видовий, биогеоценотичний рівні. Особливість даної класифікації полягає в тому, що окремі рівні ієрархічної системи життя визначаються в ній на загальній основі виділення для кожного рівня елементарної одиниці і елементарного явища. Елементарна одиниця - це структура або об'єкт, закономірні зміни яких, що позначаються як елементарне явище, складають специфічний для відповідного рівня внесок в процес збереження і розвитку життя. Відповідність виділяються рівнів ключових моментів еволюційного процесу, поза яким не варто жодна жива істота, робить їх загальними, що поширюються на всю область життя, включаючи людину.

Елементарною одиницею на молекулярно-генетичному рівні служить ген - фрагмент молекули нуклеїнової кислоти, в якому записаний певний в якісному і кількісному відношенні обсяг біологічної (генетичної) інформації. Елементарне явище полягає перш за все в процесі конваріантной редуплікаціі, або самовідтворення, з можливістю деяких змін у змісті закодованої в гені інформації. Шляхом редуплікаціі ДНК відбувається копіювання укладеної в генах біологічної інформації, що забезпечує спадкоємність і збереження (консерватизм) властивостей організмів у ряду поколінь. Редуплікація, таким чином, є основою спадковості.

В силу обмеженою стабільності молекул або помилок синтезу в ДНК (час від часу, але неминуче) трапляються порушення, які змінюють інформацію генів. У наступній редуплікаціі

ДНК ці зміни відтворюються в молекулах-копіях і успадковуються організмами дочірнього покоління. Зазначені зміни виникають і тиражуються закономірно, що і робить редуплікацію ДНК конваріантной, т. Е. Відбувається іноді з деякими змінами. Такі зміни в генетиці отримали назву генних (Або справжніх) мутацій. Конваріантной редуплікаціі, таким чином, є основою мутаційної мінливості.

Біологічна інформація, яка полягає в молекулах ДНК, не бере участь у процесах життєдіяльності. Вона переходить в діючу форму, будучи перенесена в молекули білків. Зазначений перенесення здійснюється завдяки механізму матричного синтезу, в якому вихідна ДНК служить, як і в випадку з редуплікацією, матрицею (формою), але для освіти не дочірньої молекули ДНК, а матричної РНК, яка контролює біосинтез білків. Зазначене дає підставу зарахувати матричний синтез інформаційних макромолекул також до елементарного явища на молекулярно-генетичному рівні організації життя.

Втілення біологічної інформації в конкретні процеси життєдіяльності вимагає спеціальних структур, енергії і різноманітних хімічних речовин (субстратів). Описані вище умови в живій природі забезпечує клітина, що служить елементарної структурою клітинного рівня. Елементарне явище представлено реакціями клітинного метаболізму, що складають основу потоків енергії, речовин та інформації. Завдяки діяльності клітини надходять ззовні речовини перетворюються в субстрати і енергію, які використовуються (відповідно до наявної генетичною інформацією) в процесі біосинтезу білків і інших з'єднань, необхідних організму. Таким чином, на клітинному рівні сполучаються механізми передачі біологічної інформації і перетворення речовин і енергії. Ці процеси служать енергетичної та речовинної основою життя на всіх інших рівнях її організації.

елементарною одиницею организменного рівня є особина в її розвитку від моменту зародження до припинення існування в якості живої системи, що дозволяє також назвати цей рівень онтогенетичним. Закономірні зміни організму в індивідуальному розвитку складають елементарне явище даного рівня. Ці зміни забезпечують зростання організму, диференціацію його частин і одночасно інтеграцію розвитку в єдине ціле, спеціалізацію клітин, органів і тканин. В ході онтогенезу в певних умовах зовнішнього середовища відбувається втілення спадкової інформації в біологічні структури і процеси, на основі генотипу формується фенотип організмів даного виду.

елементарною одиницею для популяції видового рівня служить популяція - сукупність особин одного виду. Об'єднання особин в популяцію відбувається завдяки спільності генофонду,

використовуваного в процесі статевого розмноження для створення генотипів особин наступного покоління. Популяція в силу можливості міжпопуляційних схрещувань є відкриту генетичну систему. Дія на генофонд популяції елементарних еволюційних факторів, таких як мутаційний процес, коливання чисельності особин, природний відбір, призводить до Евола- ционно значних змін генофонду, які представляють елементарні явища на даному рівні.

Організми одного виду населяють територію з відомими абиотичними показниками (клімат, хімізм ґрунтів, гідрологічні умови) і взаємодіють з організмами інших видів. У процесі спільного історичного розвитку на певній території організмів різних систематичних груп утворюються динамічні, стійкі в часі спільноти - біогеоценози, які служать елементарною одиницею биогеоценотичного (Екосістем- ного) рівня. Елементарне явище на даному рівні представлено потоками енергії і круговоротами речовин. Провідна роль в цих круговоротах і потоках належить живим організмам. Біогеоценоз - це відкрита в матеріальному і енергетичному плані система. Біогеоценози, розрізняючи за видовим складом і характеристикам абиотичної своєї частини, об'єднані на планеті в єдиний комплекс - область поширення життя, або біосферу.

Наведені вище рівні відображають найважливіші біологічні явища, без яких неможливі еволюція і, отже, саме існування життя. Хоча елементарні одиниці і явища на що виділяються рівнях різні, всі вони тісно взаємопов'язані, вирішуючи свою специфічну задачу в рамках єдиного еволюційного процесу. З конваріантной редуплікацією на молекулярно-генетичному рівні пов'язані елементарні основи цього процесу у вигляді явищ спадковості і істинної мутаційної мінливості. Особлива роль клітинного рівня полягає в енергетичному, матеріальному і інформаційному забезпеченні того, що відбувається на всіх інших рівнях. На онтогенетичної рівні біологічна інформація, що знаходиться в генах, перетворюється в комплекс ознак і властивостей організму. Виникає таким чином фенотип стає доступним дії природного відбору. На популяційно-видовому рівні визначається еволюційна цінність змін, що відносяться до молекулярно-генетичним, клітинному і онтогенетичного рівнями. Специфічна роль биогеоценотичного рівня полягає в освіті спільнот організмів різних видів, пристосованих до спільного проживання в певному середовищі проживання. Важливою рисою таких спільнот є їх стійкість в часі.

Розглянуті рівні відображають загальну структуру еволюційного процесу, закономірним результатом якого є людина. Тому типові для цих рівнів елементарні структури і явища поширюються і на людей, правда, з деякими особливостями в силу їх соціальної сутності.

1. Класифікація мутацій - генетика
   Труднощі визначення поняття «мутація» найкраще ілюструє класифікація її типів. Існує кілька принципів такої класифікації: I. За характером зміни геному: 1. Геномні мутації - зміна числа хромосом. 2. Хромосомні мутації, або хромосомні перебудови, - зміна структури хромосом. 3. Генні мутації
2. Класифікація ліпідів, жирні кислоти - біохімія
   Ліпіди є різнорідні в хімічному відношенні речовини. У зв'язку з цим існують різні підходи до їх класифікації. На рис. 21.1 наведено класифікацію ліпідів, відповідно до якої вони сгруппіро- Мал. 21.1. Класифікація ліпідів вани в окремі класи та групи на підставі їх хімічної будови і складу
3. Класифікація ферментів - біохімія людини
   Відомо більше 2000 різних реакцій, що каталізуються ферментами. Міжнародним союзом по біохімії (International Union of Biochemisry, IUB) створена і рекомендована до повсюдного використання систематика ферментів, що дозволяє орієнтуватися в цій множині біохімічних з'єднань. Всі ферменти включені
4. Кістково-м'язова система і розвиток рухової функції людини, будова і властивості кісток - вікова фізіологія і психофізіологія
   В результаті вивчення даного розділу студент повинен: знати будова, властивості і типи кісток в людському організмі; назви м'язів, їх будова і функції; структурно-функціональні властивості і особливості регуляції процесів скорочення поперечно-смугастої і гладкої мускулатури; назви суглобів,
5. Кислотно-основні буферні системи та розчини - біохімія людини
   В ході титрування слабкої кислоти лугом (NaOH) (ацидиметрія) проводять реєстрацію pH. Графік залежності pH від кількості доданої лугу називається кривою титрування (рис. 8.3). Мал. 8.3. Крива титрування слабкої (оцтової) кислоти лугом (пояснення див. У тексті) Найбільш важливі точки на графіку
6. Катаболізм вуглеводів, перетворення вуглеводів в процесі травлення - біохімія
   Вуглеводи складають близько 60-70% від загальної суми калорій їжі людини, їх основна маса представлена полі- і олігосахариди. Вуглеводи їжі розщеплюються в травному тракті до моносахаридів, які всмоктуються через слизову оболонку кишечника в кров (рис. I8.1). Мал. 18.1. Растепленія вуглеводів
7. Кардіохірургія - сестринська справа в хірургії
   На сьогоднішній день існують апарати штучного кровообігу (АШК) і вентиляції легенів, за допомогою яких стало можливим вимкнути серце з системи циркуляції крові на кілька годин. Застосування локальної гіпотермії міокарда до 10 ° С (Це досягається одноразової перфузії коронарних артерій, охолодженої
8. Жиророзчинні вітаміни - кровообіг, дихання, видільні процеси, розмноження, лактація, обмін речовин
   Вітаміни групи А (ретинол, ретиналь і ретиноевая кислота). Відомо, що при нестачі вітаміну А знижується загальна фізіологічна опірність організму інфекціям, затримується ріст, порушується секреторна діяльність залоз шлунка і кишечника, знижується антимікробну активність епітелію верхніх дихальних