ביסוס קשרים ויחסי גומלין של תופעות טבע כאמצעי לגיבוש השקפות על אחדות הטבע בתהליך לימוד הקורס "העולם מסביב. מרכיבים של חיות בר

1. חיים: הבדלים משותפיםמערכות חיות מאלה שאינן חיות. 3

2. מאפיינים (מאפיינים) של מערכות חיים .. 6

סיכום. 12

רשימת מקורות בשימוש: 13

מבוא

בעיית מקור החיים רכשה כעת קסם שאי אפשר לעמוד בפניו עבור האנושות כולה. היא לא רק מושכת תשומת לב רבהמדענים מדינות שונותוהתמחויות, אבל באופן כללי מעניין את כל האנשים בעולם.

כיום מקובל באופן כללי כי הופעת החיים על פני כדור הארץ הייתה תהליך טבעי, שניתן בהחלט לאפשר לו מחקר מדעי. תהליך זה התבסס על התפתחות תרכובות פחמן, שהתרחשה ביקום הרבה לפני הופעתנו מערכת השמשוהמשיך רק במהלך היווצרות כדור הארץ - במהלך היווצרות הקרום, ההידרוספירה והאטמוספירה שלו.

מאז תחילת החיים, הטבע נמצא בהתפתחות מתמשכת. תהליך האבולוציה נמשך כבר מאות מיליוני שנים, ותוצאתו היא מגוון צורות חיים, שמבחינות רבות טרם תוארו וסיווגו במלואם.

קשה לחקור את שאלת מקור החיים, משום שכאשר המדע ניגש לבעיות הפיתוח כיצירת בעיה חדשה מבחינה איכותית, הוא מוצא את עצמו על גבול היכולות שלו כענף בתרבות המבוסס על הוכחה ואימות ניסיוני של הצהרות.

מדענים כיום אינם מסוגלים לשחזר את תהליך מוצא החיים באותה דיוק כפי שהיה לפני כמה מיליארדי שנים. אפילו הניסוי המבוים בקפידה ביותר יהיה רק ​​ניסוי מודל, נטול מספר גורמים שליוו את הופעת החיים על פני כדור הארץ. הקושי טמון בחוסר האפשרות לערוך ניסוי ישיר על הופעת החיים (ייחודו של תהליך זה מונע את השימוש בשיטה המדעית העיקרית).

שאלת מקור החיים מעניינת לא רק כשלעצמה, אלא גם בקשר הדוק עם בעיית ההבחנה בין חיים ללא-חיים.

1. חיים: הבדלים כלליים בין מערכות חיות למערכות שאינן חיות

חיים, גבוהים מהצורות הפיזיקליות והכימיות של קיומו של החומר, הנובעים באופן טבעי בתנאים מסוימים בתהליך התפתחותו. חפצים חיים שונים מאלה שאינם חיים בחילוף החומרים - תנאי הכרחי לחיים, היכולת להתרבות, לגדול, לווסת באופן פעיל את הרכבם ותפקודיהם, כדי צורות שונותתנועה, עצבנות, הסתגלות לסביבה וכו'. עם זאת, הבחנה מדעית למהדרין בין עצמים חיים ללא-חיים נתקלת בקשיים מסוימים. אז, עדיין אין הסכמה אם אפשר לשקול וירוסים חיים שמחוץ לתאי האורגניזם המארח אין להם אף אחת מהתכונות של אורגניזם חי: באותו זמן, אין וירוסים בחלקיק הנגיף תהליכים מטבוליים, הוא לא מסוגל להתרבות וכו'. ניתן לאפיין את הספציפיות של אובייקטים חיים ותהליכי חיים הן במונחים של המבנה החומרי שלהם והן בפונקציות החשובות ביותר העומדות בבסיס כל גילויי החיים. ההגדרה המדויקת ביותר של חיים, המכסה את שתי הגישות הללו לבעיה בו-זמנית, ניתנה על ידי פ. אנגלס לפני כ-100 שנה: "החיים הם דרך קיום של גופי חלבון, ודרך קיום זו מורכבת בעיקרה ב התחדשות עצמית מתמדת של כימיקלים חלקי מרכיביםהגופים הללו". המונח "חלבון" עדיין לא הוגדר בצורה מדויקת, והוא יוחס בדרך כלל לפרוטופלזמה כולה.

כל החפצים המוכרים כיום בעלי תכונות ללא ספק של יצור חי מכילים שני סוגים עיקריים של ביו-פולימרים: חלבונים וחומצות גרעין (DNA ו-RNA). בהבין את חוסר השלמות של הגדרתו, כתב אנגלס: "הגדרת החיים שלנו, כמובן, אינה מספקת מאוד, שכן היא רחוקה מלכסות את כל תופעות החיים, אלא להיפך, מוגבלת לכלל והפשוט ביותר מבין תופעות החיים. אותם... כדי לקבל מושג ממצה על החיים, נצטרך להתחקות אחר כל צורות הביטוי שלהם, מהנמוך ביותר ועד הגבוה ביותר.

צ' דרווין, בשורות האחרונות של "מוצא המינים", כותב על חוקי היסוד העומדים לדעתו בבסיס הופעתן של כל צורות החיים: "חוקים אלה, במובן הרחב - צמיחה ורבייה, תורשה, כמעט הנובעת בהכרח מרבייה, השתנות התלויה בפעולה הישירה או העקיפה של תנאי החיים ובפעילות גופנית ואי-פעילות גופנית, התקדמות של רבייה כה גבוהה עד שהיא מובילה למאבק על החיים ולהשלכתו, הברירה הטבעית..." . אם נניח בצד את תפקיד הפעילות הגופנית, שלפי נתונים מאוחרים יותר, משמשת כגורם לשונות שאינה תורשתית, ההכללה של דרווין נשארת תקפה עד היום, וחוקי החיים הבסיסיים שלו מצטמצמים לשניים כלליים אף יותר. זוהי, קודם כל, היכולת של יצור חי להטמיע חומרים המתקבלים מבחוץ, כלומר. לבנות אותם מחדש, להשוות אותם למבנים החומריים שלהם, ובשל כך, לשחזר אותם שוב ושוב (להתרבות). יחד עם זאת, אם המבנה המקורי השתנה בטעות, אז הוא ממשיך להיות משוחזר בצורה חדשה. היכולת לרבייה עצמית מוגזמת עומדת בבסיס צמיחת התאים, רבייה של תאים ואורגניזמים, וכתוצאה מכך, התקדמות הרבייה (התנאי העיקרי ל- ברירה טבעית), כמו גם בבסיס התורשה והשונות התורשתית.

הביוכימאי הסובייטי V.A. אנגלהארדט מחשיב את הרבייה מסוגו כאל תכונה בסיסית של החיים, שמתפרשת כעת במונחים של מושגים כימיים ברמה מולקולרית באמת. מאפיין נוסף של החיים הוא המגוון העצום של נכסים הנרכשים בשל השונות של המבנים החומריים של חפצים חיים. כל אחת משתי התכונות הבסיסיות הללו קשורה בעיקר לתפקוד של אחד משני הביופולימרים. "רישום" של תכונות תורשתיות, כלומר. קידוד המאפיינים של אורגניזם, הנחוצים לרבייה, מתבצע בעזרת DNA ו-RNA, אם כי חלבוני האנזים בהחלט לוקחים חלק בתהליך ההתרבות. לפיכך, החיים אינם מולקולה אחת של DNA, חלבון או RNA, אלא המערכת שלהם כולה. יישום מידע מגוון על תכונות האורגניזם מתבצע על ידי סינתזה של חלבונים שונים (אנזימטיים, מבניים וכו') על פי הקוד הגנטי, אשר בשל מגווןם והפלסטיות המבנית שלהם, קובעים את התפתחותם של מגוון רחב של התאמות פיזיות וכימיות של אורגניזמים חיים. על היסוד הזה, בתהליך האבולוציה, התעוררו מערכות בקרה חיות ללא תחרות בשלמותן.

לפיכך, החיים מאופיינים במבני חומר מסודרים מאוד המכילים שני סוגים של ביופולימרים (חלבון ו-DNA או RNA) המרכיבים מערכת חיה, שבדרך כלל מסוגל להתרבות עצמית על פי עקרון סינתזת המטריצה. תכונה תרכובת כימיתצורות חיים המוכרות לנו - אסימטריה אופטית חומרים פעילים, מיוצג באובייקטים חיים על ידי צורות שמאליות או ימניות.

החיים אפשריים רק תחת פיסי ו תנאים כימיים(טמפרטורה, נוכחות מים, מספר מלחים וכו'). עם זאת, הפסקת תהליכי חיים, למשל, על ידי ייבוש זרעים או הקפאה עמוקה של אורגניזמים קטנים, אינה מביאה לאובדן הכדאיות. אם המבנה יישמר שלם, הוא יחזור אליו תנאים רגיליםמספק שיקום של תהליכים חיוניים.

החיים עדיפים מבחינה איכותית על צורות קיום אחרות של חומר במונחים של גיוון ומורכבות. רכיבים כימייםוהדינמיקה של טרנספורמציות המתרחשות ביצורים חיים. מערכות חיים מאופיינות בהרבה יותר רמה גבוההסדר מבני ופונקציונלי, במרחב ובזמן. הקומפקטיות המבנית ויעילות האנרגיה של יצורים חיים הם תוצאה של הסדר הגבוה ביותר ברמה המולקולרית. "דווקא ביכולת של החיים ליצור סדר מהכאוטי תנועה תרמיתמולקולות, - כותב אנגלהרדט, - היא ההבדל העמוק והיסודי ביותר בין חיים ללא-חיים. הנטייה לסדר, ליצור סדר מתוך תוהו ובוהו היא לא יותר מנגד לעלייה באנטרופיה. "מערכות חיות מחליפות אנרגיה, חומר ומידע עם הסביבה, כלומר הן מערכות פתוחות. יחד עם זאת, בניגוד ל מערכות שאינן חיות, אין בהם יישור של הבדלי אנרגיה וארגון מחדש של מבנים לקראת צורות סבירות יותר, אלא נצפה להיפך: הבדלים בפוטנציאל האנרגיה, ההרכב הכימי וכו' משוחזרים, כלומר. עבודה מתמשכת מתרחשת "נגד שיווי משקל" (E. Bauer). זהו הבסיס לקביעות השגויות לפיהן מערכות חיות כביכול אינן מצייתות לחוק השני של התרמודינמיקה. עם זאת, ירידה מקומית באנטרופיה במערכות חיות אפשרית רק עקב עלייה באנטרופיה בסביבה, כך שבאופן כללי נמשך תהליך הגדלת האנטרופיה, דבר העולה בקנה אחד עם דרישות החוק השני של התרמודינמיקה. לפי הביטוי הפיגורטיבי של הפיזיקאי האוסטרי א' שרדינגר, אורגניזמים חיים, כביכול, ניזונים מאנטרופיה שלילית (נגנטרופיה), מחלצים אותה מהסביבה ובכך מגבירים את העלייה באנטרופיה החיובית בה.

2. מאפיינים (מאפיינים) של מערכות חיים

אז, המאפיינים הכלליים האופייניים לכל היצורים החיים וההבדלים ביניהם מתהליכים דומים המתרחשים בטבע הדומם הם:

1) אחדות ההרכב הכימי,

2) חילוף חומרים,

3) רבייה עצמית (רבייה),

4) תורשה,

5) שונות,

6) צמיחה והתפתחות,

7) עצבנות,

8) דיסקרטיות,

9) קצב,

10) תלות יחסית באנרגיה,

11) הומאוסטזיס.

1. אחדות ההרכב הכימי. הרכב האורגניזמים החיים כולל את אותם יסודות כימיים כמו בעצמים בעלי טבע דומם. עם זאת, היחס בין אלמנטים שונים בחיים ובלא חיים אינו זהה. הרכב היסודות של הטבע הדומם, יחד עם חמצן, מיוצג בעיקר על ידי סיליקון, ברזל, ריקבון, אלומיניום וכו'. באורגניזמים חיים, 98% מההרכב הכימי אחראי על ידי ארבעה יסודות - פחמן, חמצן, חנקן ומימן.

2. מטבוליזם. כל היצורים החיים מסוגלים להחליף חומרים עם הסביבה, לספוג ממנה את היסודות הדרושים לתזונה ולשחרר חומרי פסולת. במחזור הלא ביולוגי של חומרים, הם פשוט מועברים ממקום אחד למשנהו או שמצב הצבירה שלהם משתנה, בעוד שבאורגניזמים חיים יש לחילופי רמה שונה מבחינה איכותית, כולל תהליכי סינתזה וריקבון. באמצעות סדרה של טרנספורמציות כימיות מורכבות, חומרים הנספגים מהסביבה הופכים לחומרים של אורגניזם חי, שמהם בנוי גופם. תהליכים כאלה נקראים הטמעה, או חילופי פלסטיק. תהליכי הטמעה הפוכה, שכתוצאה מהם מתפרקים תרכובות אורגניות מורכבות לפשוטות, נקראים התפזרות. עם פירוק כזה של חומרים, הדמיון שלהם לחומרי הגוף אובד ומשתחררת האנרגיה הדרושה לתגובות ביוסינתזה, וכתוצאה מכך הפיזור נקרא גם חילוף חומרים אנרגטי. חילוף חומרים מבטיח את קביעות ההרכב הכימי והמבנה של כל חלקי הגוף וכתוצאה מכך את קביעות תפקודם בתנאי סביבה משתנים ללא הרף.

3. רבייה עצמית (רבייה). רבייה עצמית, רבייה או רבייה, היא תכונתם של אורגניזמים להתרבות מהסוג שלהם; תהליך זה מתבצע כמעט בכל הרמות של ארגון החומר החי. הודות לרבייה, לא רק אורגניזמים שלמים, אלא גם תאים, אברוני תאים (מיטוכונדריה, פלסטידים וכו') לאחר החלוקה דומים לקודמיהם. ממולקולת DNA אחת - חומצה דאוקסיריבונוקלאית - כאשר היא מוכפלת, נוצרות שתי מולקולות בת שחוזרות לחלוטין על זו המקורית. רבייה עצמית מבוססת על תגובות של סינתזת מטריקס, כלומר, היווצרות מבנים המבוססים על המידע הכלול ברצף נוקלאוטידים של DNA.

4. התורשה טמונה ביכולתם של אורגניזמים להעביר את תכונותיהם, תכונותיהם ותכונות ההתפתחות שלהם מדור לדור. התורשה נובעת מיציבות, המבוססת על קביעות המבנה של מולקולות ה-DNA.

5. שונות - תכונה, כביכול, מנוגדת לתורשה, אך בה בעת קשורה אליה, שכן הדבר משנה את הנטיות התורשתיות - גנים הקובעים את התפתחותן של תכונות מסוימות. במילים אחרות, שונות היא היכולת של אורגניזמים לרכוש תכונות ותכונות חדשות, המבוססת על שינויים במטריצות ביולוגיות. השונות יוצרת מגוון של חומר לברירה טבעית, כלומר הבחירה של הפרטים המותאמים ביותר לתנאי קיום ספציפיים בטבע, מה שמוביל, בתורו, להופעתם של צורות חיים חדשות, סוגים חדשים של אורגניזמים.

6. צמיחה והתפתחות. התפתחות מובנת כשינוי קבוע מכוון בלתי הפיך בהרכב או במבנה של עצמים בעלי טבע חי ודומם. ההתפתחות של צורה חיה של קיום החומר מיוצגת על ידי התפתחות אינדיבידואלית, או אונטוגנזה, ו התפתחות היסטורית m, או פילוגנזה. בתהליך הפיתוח נוצר ארגון מבני ספציפי של הפרט, ועלייה בביומסה שלו נובעת משעתוק של מקרומולקולות, מבנים יסודיים של תאים והתאים עצמם. פילוגניה, או אבולוציה, היא התפתחות בלתי הפיכה ומכוונת של חיות בר, המלווה בהיווצרות מינים חדשים וסיבוך מתקדם (או רגרסיבי) (או פישוט) של החיים. התוצאה של האבולוציה היא המגוון של אורגניזמים חיים על פני כדור הארץ.

7. עצבנות. כל אורגניזם קשור קשר בל יינתק עם הסביבה: הוא שואב ממנה חומרים מזינים, נחשף ל גורמים שלילייםסביבה, אינטראקציה עם ארגונים אחרים וכו'. בתהליך האבולוציה, אורגניזמים חיים פיתחו וגיבשו את היכולת להגיב באופן סלקטיבי השפעות חיצוניות. תכונה זו נקראת עצבנות. כל שינוי בתנאי הסביבה הסובבים את האורגניזם מהווה גירוי ביחס אליו, ותגובתו לגירויים חיצוניים משמשת אינדיקטור לרגישותו וביטוי לעצבנות. התגובה של בעלי חיים רב-תאיים לגירוי מתבצעת דרך מערכת עצביםוהוא נקרא רפלקס.

8. דיסקרטיות. עצם המילה "דיסקרטיות" פירושה אי-רציפות, הפרדה ומאפיינת את תכונת החיים להתבטא בצורה של צורות בדידות. אורגניזם בודד או אחר מערכת ביולוגית(מינים, ביו-צנוזיס וכו') מורכב מבודדים נפרדים, כלומר מבודדים או תוחמים במרחב, אך עם זאת קשורים זה בזה באופן הדוק ומקיימים אינטראקציה זה עם זה, ויוצרים אחדות מבנית ותפקודית. כל סוג של אורגניזמים כולל פרטים בודדים. גופו של אינדיבידואל מאורגן מאוד יוצר אינדיבידואלים מופרדים במרחב, אשר, בתורם, מורכבים מתאי בודדים. מנגנון האנרגיה של התא מיוצג על ידי מיטוכונדריה בודדים, מנגנון סינתזת החלבון מיוצג על ידי ריבוזומים וכו'. עד למקרומולקולות. תכונת הדיסקרטיות של אורגניזם היא הבסיס לסדר המבני שלו, האפשרות של התחדשות עצמית מתמדת עם ההחלפה אלמנטים מבניים(מולקולות, אנזימים, אברוני תאים ותאים שלמים) ללא הפסקת התפקוד המבוצע. הדיסקרטיות של מין קובעת מראש את אפשרות האבולוציה שלו באמצעות מוות או חיסול של פרטים לא מותאמים מרבייה ושימור של פרטים בעלי תכונות שימושיות להישרדות.

9. קצב. קצב (מיוונית "ריטמוס" - זרימה) מובן כחזרה על אותו אירוע או מצב לאורך פרקי זמן מוגדרים בהחלט. בפיזיקה, תהליכים תקופתיים מתבטאים בהרץ (Hz). הרץ הוא התדירות של התהליך המחזורי, שבו מתרחש מחזור אחד של התהליך המחזורי בזמן של 1 שניות. פרק הזמן הקטן ביותר שאחריו המערכת, המתנדנדת, חוזרת שוב לאותו המצב שבו הייתה ברגע הראשוני, נקראת תקופת התנודה. בביולוגיה, קצב מובן כשינויים תקופתיים בעוצמה. פונקציות פיזיולוגיותעם תקופות שונות של תנודות (מכמה שניות ועד שנה ומאה). המקצבים היומיומיים של שינה וערות בבני אדם ידועים היטב; מקצבים עונתיים של פעילות ותרדמת חורף אצל כמה יונקים (סנאים קרקעיים, קיפודים, דובים) ועוד רבים אחרים. הקצב מכוון לתיאום תפקודי הגוף עם הסביבה, כלומר להסתגל לתנאי הקיום המשתנים כל הזמן.

10. תלות אנרגטית יחסית. גופים חיים הם מערכות "פתוחות" היציבות רק אם אנרגיה וחומר בצורת מזון מהסביבה זמינים להם באופן רציף. אורגניזמים חיים, בניגוד לחפצים בעלי טבע דומם, תחום מהסביבה על ידי קונכיות (קרום התא החיצוני באורגניזמים חד-תאיים, רקמת המרכיבים באורגניזמים רב-תאיים). ממברנות אלו מעכבות את חילופי החומרים בין הגוף לבין סביבה חיצונית, למזער את אובדן החומרים ולשמור על האחדות המרחבית של המערכת. לפיכך, אורגניזמים חיים שונים באופן חד ממושאי הפיזיקה והכימיה - מערכות לא-חיות - במורכבות יוצאת הדופן ובסדר המבני והתפקודי הגבוה שלהם. הבדלים אלה מעניקים לחיים תכונות חדשות מבחינה איכותית. החיים הם שלב מיוחד בהתפתחות החומר.

11. הומאוסטזיס (ויסות עצמי) - סט תגובות אדפטיביותאורגניזם, שמטרתו לשמור על המצב הדינמי שלו סביבה פנימית(טמפרטורת הגוף, לחץ דםוכו.). זה מבוסס על העיקרון של משוב שלילי. זוהי יכולת התחזוקה של מערכות חיות מצב יציבבסביבה משתנה כל הזמן וקובעת את הישרדותם.

סיכום

חיים, גבוהים מהצורה הפיזיקלית והכימית של קיומו של החומר, הנוצרים באופן טבעי בתנאים מסוימים בתהליך התפתחותו. חפצים חיים שונים מאלה שאינם חיים בחילוף החומרים - תנאי הכרחי לחיים, היכולת להתרבות, לגדול, לווסת באופן פעיל את הרכבם ותפקודיהם, לצורות שונות של תנועה, עצבנות, הסתגלות לסביבה וכו'.

המוזרות של החיים טמונה במגוון העצום של נכסים שנרכשו בשל השונות של המבנים החומריים של חפצים חיים.

מערכות חיים מאופיינות ברמה הרבה יותר גבוהה של סדר מבני ותפקודי, במרחב ובזמן.

מערכות חיות מחליפות אנרגיה, חומר ומידע עם הסביבה, כלומר. הן מערכות פתוחות. יחד עם זאת, בניגוד למערכות דוממות, אין יישור של הבדלי אנרגיה ומבנה מחדש של מבנים לקראת צורות סבירות יותר בהן, אלא נצפה ההפך: משתחזרים הבדלים בפוטנציאל האנרגיה, בהרכב הכימי וכו', כלומר. עבודה מתמשכת נמשכת "נגד שיווי משקל".

לפיכך, החיים עדיפים מבחינה איכותית על צורות קיום אחרות של חומר במונחים של הגיוון והמורכבות של הרכיבים הכימיים והדינמיקה של טרנספורמציות המתרחשות ביצורים חיים.

1. גורבצ'וב V.V. מושגים מדעי הטבע המודרניים. - מ.: אוניקס המאה ה-21, 2003.

2. Makarov V.N. מושגים של מדעי הטבע המודרניים. - מ.: MODEK, 2008.

3. מיכאילובסקי V.N. מושגים של מדעי הטבע המודרניים. - סנט פטרסבורג: ידע, 2004.

4. Engelhardt V. בעיית החיים במדע המודרני. // "קומוניסט", 1969, מס' 3, עמ' 85.

אוניברסיטת אוראל סטייט

הפקולטה לכלכלה וניהול
תקציר לפי דיסציפלינה:

"מושגים של מדעי הטבע המודרניים"

על הנושא: "בעיית מהות החי והבדל שלו מהטבע הדומם".
נשר-2004

מהות החיים, תכונותיו העיקריות.4

ההבדל בין חיים ללא חיים.7

הרבגוניות של החיים.7

קריטריונים של מערכות חיים.9

האבולוציה של צורות החיים.17

. 20

תחילת החיים על פני כדור הארץ.22

הבסיס החומרי של החיים.23

ארגון מערכות חיים.25

פיתוח התפיסה המודרנית של האחדות הביוכימית של כל היצורים החיים.28

הפניות.31

היצורים החיים הראשונים הופיעו על הפלנטה שלנו לפני כ-3 מיליארד שנים. מאלה צורות מוקדמותקמו אינספור מינים של אורגניזמים חיים, אשר, לאחר שהופיעו, פרחו במשך זמן רב פחות או יותר, ואז גוועו. אורגניזמים מודרניים נוצרו גם מצורות קיימות, ויצרו ארבע ממלכות של חיות בר: יותר מ-1.5 מיליון מיני בעלי חיים, 500 אלף מיני צמחים, כמות משמעותיתמגוון של פטריות, כמו גם אורגניזמים פרוקריוטיים רבים.

עולם היצורים החיים, כולל בני האדם, מיוצג על ידי מערכות ביולוגיות של ארגון מבני שונה ורמות שונות של כפיפות, או עקביות. ממהלך הבוטניקה והזואולוגיה ידוע שכל היצורים החיים מורכבים מתאי. תא, למשל, יכול להיות גם אורגניזם נפרד וגם חלק מצמח או בעל חיים רב-תאיים. זה יכול להיות מסודר די פשוט, כמו חיידקים, אבל גם הרבה יותר מורכב, כמו תאים של בעלי חיים חד-תאיים - פרוטוזואה. אֵיך תא חיידקי, כך התא של הפרוטוזואה הוא אורגניזם שלםמסוגל לבצע את כל הפונקציות הנחוצות כדי להבטיח חיים. אבל התאים המרכיבים אורגניזם רב תאי הם מיוחדים, כלומר. יכול לבצע רק תפקיד אחד ואינו מסוגל להתקיים באופן עצמאי מחוץ לגוף. באורגניזמים רב-תאיים, החיבור והתלות ההדדית של תאים רבים מובילים ליצירת איכות חדשה שאינה שוות ערך לסכום הפשוט שלהם. יסודות הגוף - תאים, רקמות ואיברים - בסך הכל עדיין אינם מייצגים אורגניזם הוליסטי. רק השילוב שלהם בסדר שנקבע היסטורי בתהליך האבולוציה, האינטראקציה שלהם, יוצר אורגניזם אינטגרלי, בעל תכונות מסוימות.

מהות החיים, תכונותיו העיקריות.

באופן אינטואיטיבי, כולנו מבינים מה חי ומה מת. עם זאת, כאשר מנסים לקבוע את מהות החיים, מתעוררים קשיים. לפיכך, אחד המחברים הציע את ההגדרה ה"עמוקה" הבאה: אורגניזם חי הוא גוף המורכב מחפצים חיים; גוף דומם - מונח של עצמים דוממים.

אבל בנוסף להגדרות דומות, חסרות משמעות בעליל, שהן למעשה טאוטולוגיה, ישנן אחרות בעלות משמעות רבה יותר. עם זאת, הם גם מתבררים כלא שלמים ולכן פגיעים. ידועה ברבים, למשל, ההגדרה שנתן פ.אנגלס כי החיים הם דרך קיום של גופי חלבון, שעיקרם חילופי החומרים המתמידים עם הטבע החיצוני המקיף אותם. אבל עדיין עכבר חיונר בוער, מנקודת מבט פיזיקוכימית, נמצאים באותו מצב של חילוף חומרים עם הסביבה החיצונית, צורכים חמצן ומשחררים באותה מידה פחמן דו חמצני, אך במקרה אחד - כתוצאה מהנשימה, ובמקרה השני - בתהליך בעירה. דוגמה פשוטה זו מראה שאפילו חפצים מתים יכולים להחליף חומרים עם הסביבה. לפיכך, מטבוליזם הוא קריטריון הכרחי אך לא מספיק לקביעת חיים, בדיוק כמו נוכחות חלבונים.

מכל האמור ניתן להסיק שקשה מאוד לתת הגדרה מדויקת של החיים. ואנשים יודעים את זה הרבה מאוד זמן. לפיכך, כתב הפילוסוף-מחנך הצרפתי ד' דידרו: "אני יכול להבין מהי אגרגט, רקמה המורכבת מגופים רגישים זעירים, אבל אורגניזם חי!... אבל המכלול, המערכת, שהיא אורגניזם בודד, פרט שמודע לעצמו כמכלול, הוא מעבר להבנתי! אני לא מבין, אני לא יכול להבין מה זה!"

הביולוגיה המודרנית בתיאור החיים הולכת בדרך של רישום התכונות העיקריות של אורגניזמים חיים. יחד עם זאת, מודגש כי רק מכלול המאפיינים הללו יכול לתת מושג על הפרטים של החיים.

המאפיינים של יצורים חיים כוללים בדרך כלל את הדברים הבאים:

¨ אורגניזמים חיים מאופיינים במבנה מורכב ומסודר. רמת הארגון שלהם גבוהה בהרבה מאשר במערכות שאינן חיות.

¨ אורגניזמים חיים מקבלים אנרגיה מהסביבה, ומשתמשים בה כדי לשמור על הסדר הגבוה שלהם. רובאורגניזמים משתמשים באופן ישיר או עקיף באנרגיה סולארית.

¨ אורגניזמים חיים מגיבים באופן פעיל סביבה. אם אתה דוחף אבן, היא זזה באופן פסיבי ממקומה. אם תדחפו את החיה, היא תגיב באופן אקטיבי: יברח, תתקוף או תשנה צורה. יכולת תגובה לגירויים חיצוניים נכס גנריכל היצורים החיים, גם צמחים וגם בעלי חיים.

¨ אורגניזמים חיים לא רק משתנים, אלא גם הופכים מורכבים יותר. כך, בצמח או בחיה מופיעים ענפים חדשים או איברים חדשים, הנבדלים בהרכבם הכימי מהמבנים שהולידו אותם.

¨ כל היצורים החיים מתרבים. היכולת הזו להתרבות היא אולי היכולת המדהימה ביותר של אורגניזמים חיים. יתרה מכך, הצאצאים דומים ובו בזמן שונים במקצת מהוריהם. זה מבטא את פעולתם של מנגנוני התורשה והשונות, הקובעים את האבולוציה של כל סוגי הטבע החי.

¨ הדמיון של צאצאים להורים נובע מתכונה יוצאת דופן נוספת של אורגניזמים חיים - להעביר לצאצאים את המידע המוטבע בהם, הנחוץ לחיים, להתפתחות ולרבייה. מידע זה כלול בגנים - יחידות התורשה, המבנים התוך-תאיים הקטנים ביותר. החומר הגנטי קובע את כיוון ההתפתחות של האורגניזם. לכן הצאצאים דומים להורים. עם זאת, מידע זה בתהליך השידור שונה במקצת, מעוות. בעניין זה, הצאצאים לא רק דומים להוריהם, אלא גם שונים מהם.

¨ יצורים חיים מותאמים היטב לסביבתם ומתאימים לאורח חייהם. מבנה של שומה, דג, צפרדע, שִׁלשׁוּלמתאים באופן מלא לתנאים שבהם הם חיים.

אם לסכם ולפשט מעט את מה שנאמר על הפרט של יצורים חיים, ניתן לציין שכל היצורים החיים ניזונים, נושמים, גדלים, מתרבים ומתפשטים בטבע, וכן גופים דוממיםאל תאכל, אל תנשום, אל תגדל, אל תתרבות.

ההגדרה המוכללת הבאה של המהות של יצורים חיים נובעת ממכלול התכונות הללו: החיים הם צורת קיום של מערכות מורכבות ופתוחות המסוגלות לארגון עצמי ולהתרבות עצמית. החומרים התפקודיים החשובים ביותר של מערכות אלו הם חלבונים וחומצות גרעין. .

ולבסוף, אפילו יותר הגדרה קצרההחיים הוצעו על ידי הפיזיקאי האמריקאי פ. טיפלר בספרו הסנסציוני "הפיזיקה של האלמוות". "איננו רוצים", הוא כותב, "לקשור את הגדרת החיים למולקולת חומצת הגרעין, כי אפשר לדמיין את קיומם של חיים שאינם מתאימים להגדרה זו. אם אלינו פנימה חלליתאם מופיעה ישות מחוץ לכדור הארץ, שהבסיס הכימי שלה אינו חומצת גרעין, אז אנחנו עדיין רוצים לזהות אותה כחיה. החיים, לפי טיפלר, הם רק מידע סוג מיוחד: "אני מגדיר חיים כסוג של מידע מקודד שנשמר על ידי ברירה טבעית" . אבל אם זה כך, אז מידע החיים הוא נצחי, אינסופי ובעל אלמוות. ולמרות שלא כולם מסכימים עם ההגדרה הזו, ערכה הבלתי מעורער נעוץ בניסיון לייחד מבין כל הקריטריונים של החיים כעיקרי - יכולתם של אורגניזמים חיים לאגור ולהעביר מידע.

בהתחשב במחלוקת המתמשכת של קטגוריית החיים, יש להשלים את ניתוח תכונותיה על ידי התחשבות במבנה החיים, המרכיבים המרכיבים אותו, חלקיו.

ההבדל בין חיים ללא חיים.

ישנם מספר הבדלים מהותיים במונחים חומריים, מבניים ותפקודיים. במונחים חומריים, הרכב החי כולל בהכרח תרכובות אורגניות מאקרו-מולקולריות מסודרות מאוד הנקראות ביופולימרים - חלבונים וחומצות גרעין (DNA ו-RNA). מבחינה מבנית, יצורים חיים שונים מדברים שאינם חיים במבנה התאי שלהם. במונחים פונקציונליים, גופים חיים מאופיינים ברפרודוקציה של עצמם. יציבות ורבייה קיימים גם במערכות שאינן חיות. אבל בגופים חיים יש תהליך של רבייה עצמית. לא משהו משחזר אותם, אלא הם עצמם. זהו רגע חדש ביסודו.

כמו כן, גופים חיים שונים מאלו שאינם חיים בנוכחות חילוף חומרים, יכולת לגדול ולהתפתח, ויסות אקטיבי של הרכבם ותפקודיהם, יכולת התנועה, עצבנות, הסתגלות לסביבה וכו'. תכונה אינטגרלית של החיים היא פעילות, פעילות. "כל היצורים החיים חייבים לפעול או לגווע. העכבר חייב להיות בפנים בתנועה מתמדת, ציפור לעוף, דג לשחות, ואפילו צמח חייב לצמוח."

הרבגוניות של החיים.

מבנים פרה-ביולוגיים, שהם מקרומולקולות אורגניות ענקיות, הם הגבול אבולוציה כימיתחומרים. רמת המורכבות הבאה והשונה מהותית בארגון החומר בהשוואה לרמה האטומית-מולקולרית היא החומר החי, חי את הטבע, החיים על כל צורותיהם הם אובייקט של ביולוגיה, ולכן, בהתחשב בכל היצורים החיים, אנו יכולים לדבר על הרמה הביולוגית של ארגון החומר.

הטבע החי (בקיצור - החיים) הוא צורת ארגון של החומר ברמת המקרוקוסמוס, השונה באופן חד מצורות אחרות במובנים רבים בבת אחת. כל אחד מהסימנים הללו יכול לשמש להבחנה בין הטבע החי והדומם, ובהתאם, הבסיס לקביעת החיים. כל התכונות הללו משמעותיות. אי אפשר להזניח אף אחד מהם.

קודם כל, כל עצם חי הוא מערכת - קבוצה של אלמנטים בעלי אינטראקציה שיש לה תכונות שנעדרות מהיסודות היוצרים אובייקט זה. לניתוח הבא של החיים, נשתמש בהגדרת החיים שניתנה על ידי האקדמיה M.V. וולקנשטיין: "החיים הם צורת קיום של מערכות הטרוגניות מאקרוסקופיות פתוחות מאוד שאינן שיווי משקל המסוגלות לארגון עצמי ולהתרבות עצמית." הבה נבחן את ההוראות הפרטניות של ניסוח זה.

מיקרוסקופיות של החיים פירושה שכל אורגניזם חי, המתחיל בחיידק, או תת-המערכת המתפקדת באופן עצמאי, חייב להכיל מספר גדולאטומים. אחרת, הסדר הדרוש לחיים יהרס על ידי תנודות.

הטרוגניות פירושה שאורגניזם מורכב מחומרים רבים ושונים.

הפתיחות של מערכת חיה מתבטאת בחילופי אנרגיה וחומר מתמשכים עם הסביבה. ארגון עצמי אפשרי רק במערכות פתוחות מאוד ללא שיווי משקל.

בנוסף למצוין תכונות עיקריותמערכות חיות, יש לציין תכונות חשובות אחרות של אורגניזמים חיים.

הדמיון של ההרכב הכימי של כל האורגניזמים החיים. הרכב היסודות של יצורים חיים נקבע בעיקר על ידי שישה יסודות: חמצן, פחמן, מימן, חנקן, גופרית, זרחן. בנוסף, מערכות חיות מכילות קבוצה של ביו-פולימרים מורכבים שאינם אופייניים למערכות שאינן חיות (חלבונים, חומצות גרעין, אנזימים וכו').

מערכות חיות קיימות לזמן מוגבל. תכונת ההתרבות העצמית חוסכת מִין. סופיותן של מערכות החיים יוצרת את התנאים להחלפתן ולשיפורן.

התכונה של כל היצורים החיים - עצבנות - מתבטאת בצורה של תגובה של מערכת חיה למידע, השפעה חיצונית.

למערכת חיה יש דיסקרטיות - היא מורכבת מאלמנטים נפרדים (בדידים) המקיימים אינטראקציה זה עם זה. כל אחד מהם הוא גם מערכת חיה. לצד הדיסקרטיות, למערכת חיה יש תכונת שלמות – כל מרכיביה מתפקדים רק בשל תפקוד המערכת כולה כולה.

קריטריונים של מערכות חיים.

שקול ביתר פירוט את הקריטריונים המבדילים בין מערכות חיים לאובייקטים בעלי טבע דומם, ואת המאפיינים העיקריים של תהליכי חיים המבדילים חומר חי V צורה מיוחדתקיומו של החומר.

תכונות של ההרכב הכימי . הרכב האורגניזמים החיים כולל את אותם יסודות כימיים כמו בעצמים בעלי טבע דומם. עם זאת, היחס בין אלמנטים שונים בחיים ובלא חיים אינו זהה. ההרכב היסודי של הטבע הדומם, יחד עם חמצן, מיוצג בעיקר על ידי סיליקון, ברזל, מגנזיום, אלומיניום וכו'. באורגניזמים חיים, 98% מההרכב הכימי אחראי על ידי ארבעה יסודות - פחמן, חמצן, חנקן ומימן. עם זאת, בגופים חיים מרכיבים אלה משתתפים ביצירת מולקולות אורגניות מורכבות, שתפוצתן בטבע הדומם שונה מהותית בכמות, הן בכמות והן במהות. הרוב המכריע של המולקולות האורגניות בסביבה הן תוצרי פסולת של אורגניזמים. ישנן מספר קבוצות עיקריות של מולקולות אורגניות בחומר חי, המאופיינות בפונקציות ספציפיות מסוימות ולרוב הן פולימרים רגילים. ראשית, מדובר בחומצות גרעין - DNA ו-RNA, שתכונותיהן מספקות את תופעות התורשה והשונות, כמו גם רבייה עצמית. שנית, אלו חלבונים - העיקריים רכיבים מבניים ממברנות ביולוגיותו קירות תאים, מקורות האנרגיה העיקריים הדרושים להבטחת תהליכים חיוניים. ולבסוף, קבוצה ענקית של מה שנקרא "מולקולות קטנות" מגוונות שלוקחות חלק בתהליכים מטבוליים רבים ומגוונים באורגניזמים חיים.

חילוף חומרים.כל היצורים החיים מסוגלים להחליף חומרים עם הסביבה, לספוג ממנה חומרים הדרושים להזנה ולשחרר חומרי פסולת.

בטבע הדומם יש גם חילופי חומרים, אולם במחזור הלא ביולוגי של חומרים הם פשוט מועברים ממקום אחד לאחר או שמצב הצבירה שלהם משתנה: למשל, אדמה נשטפת, מים הופכים ל קיטור או קרח.

בניגוד תהליכים מטבולייםבטבע הדומם, באורגניזמים חיים, לאורי יש רמה שונה מבחינה איכותית. במחזור החומרים האורגניים, תהליכי הטרנספורמציה של חומרים, תהליכי הסינתזה והדעיכה, הפכו למשמעותיים ביותר.

אורגניזמים חיים סופגים מהסביבה חומרים שונים. כתוצאה ממספר טרנספורמציות כימיות מורכבות, חומרים מהסביבה משולים לחומרים של אורגניזם חי, וגופו בנוי מהם. תהליכים אלו נקראים הטמעה, או חילופי פלסטיק.

הצד השני של חילוף החומרים הוא תהליכי התפזרות, כתוצאה מהם תרכובות אורגניות מורכבות מתפרקות לפשוטות, בעוד הדמיון שלהן לחומרי הגוף אובד ומשתחררת האנרגיה הדרושה לתגובות ביוסינתזה. לכן, פיזור נקרא חילופי אנרגיה.

מטבוליזם מבטיח את ההומאוסטזיס של הגוף, כלומר. הבלתי משתנה של ההרכב הכימי והמבנה של כל חלקי הגוף, וכתוצאה מכך, קביעות תפקודם בתנאי סביבה משתנים ללא הרף.

עקרון יחיד של ארגון מבני . כל היצורים החיים, מה שלא יהיה קבוצה שיטתיתהם לא היו שייכים מבנה תאי. התא, כפי שכבר הוזכר לעיל, הוא יחידה מבנית ותפקודית אחת, כמו גם יחידת פיתוח לכל תושבי כדור הארץ.

שִׁעתוּק. ברמה האורגניזמית, רבייה עצמית או רבייה מתבטאת בצורה של רבייה א-מינית או מינית של פרטים. כאשר אורגניזמים חיים מתרבים, הצאצאים בדרך כלל דומים להוריהם: חתולים מרבים גורים, כלבים מרבים גורים. מזרעי צפצפה, צפצפה צומחת שוב. חלוקה של אורגניזם חד-תאי - אמבה - מביאה ליצירת שתי אמבות, הדומות לחלוטין לתא האם.

לפיכך, רבייה היא תכונתם של אורגניזמים לייצר סוג משלהם.

הודות לרבייה, לא רק אורגניזמים שלמים, אלא גם תאים, אברוני תאים (מיטוכונדריה, פלסטידים וכו') לאחר החלוקה דומים לקודמיהם. ממולקולת DNA אחת, כאשר היא מוכפלת, נוצרות שתי מולקולות בת, החוזרות לחלוטין על זו המקורית.

רבייה עצמית מבוססת על תגובות סינתזה של מטריקס, כלומר. היווצרות מולקולות ומבנים חדשים המבוססים על המידע הכלול ברצף נוקלאוטידים של DNA. כתוצאה מכך, רבייה עצמית היא אחד המאפיינים העיקריים של החיים, הקשורה קשר הדוק לתופעת התורשה.

תוֹרָשָׁה . תורשה היא היכולת של אורגניזמים להעביר את תכונותיהם, תכונותיהם ותכונות ההתפתחות שלהם מדור לדור. סימן הוא כל תכונה של המבנה ברמות שונות של ארגון של חומר חי, ומאפיינים מובנים כמו תכונות פונקציונליות, המבוססים על מבנים ספציפיים. התורשה נובעת מהארגון הספציפי של החומר הגנטי (מנגנון גנטי) - הקוד הגנטי. הקוד הגנטי הוא ארגון כזה של מולקולות DNA, שבהן רצף הנוקלאוטידים שבו קובע את סדר חומצות האמינו במולקולת חלבון. תופעת התורשה מובטחת על ידי היציבות של מולקולות ה-DNA ורבייתו מבנה כימי(שכפול) עם דיוק גבוה. התורשה מספקת המשכיות חומרית (זרימת מידע) בין אורגניזמים ובסדרה של דורות.

הִשׁתַנוּתתכונה זו היא, כביכול, ההיפך מתורשת, אך יחד עם זאת היא קשורה אליה באופן הדוק, שכן במקרה זה משתנות נטיות תורשתיות - הגנים הקובעים את התפתחותן של תכונות מסוימות. אם הרבייה של מטריצות - מולקולות DNA - תמיד התרחשה בדיוק מוחלט, הרי שבמהלך רבייה של אורגניזמים, רק התכונות שהיו קיימות לפני כן היו עוברות בתורשה, והתאמת המינים לתנאי הסביבה המשתנים תהיה בלתי אפשרית. לכן, שונות היא היכולת של אורגניזמים לרכוש תכונות ותכונות חדשות, המבוססת על שינויים במטריצות ביולוגיות.

וריאציה יוצרת חומר מגוון לברירה טבעית, כלומר. בחירת האנשים המותאמים ביותר לתנאי קיום ספציפיים ב תנאים טבעיים, אשר בתורו מוביל להופעתם של צורות חיים חדשות, סוגים חדשים של אורגניזמים.

גדילה והתפתחות. היכולת להתפתח היא תכונה אוניברסלית של החומר. התפתחות מובנת כשינוי קבוע מכוון בלתי הפיך באובייקטים בעלי אופי חי ודומם. כתוצאה מההתפתחות, נוצר מצב איכותי חדש של האובייקט, שכתוצאה ממנו משתנה הרכבו ומבנהו. התפתחות הצורה החיה של קיום החומר מיוצגת על ידי התפתחות אינדיבידואלית, או אונטוגנזה, והתפתחות היסטורית, או פילוגניה.

במהלך האנטוגנזה, התכונות האישיות של אורגניזמים מתבטאות בהדרגה ובעקביות. זה מבוסס על יישום מדורג של תוכניות תורשתיות. ההתפתחות מלווה בצמיחה. ללא קשר לשיטת הרבייה, כל פרטי הבת הנוצרים מזיגוטה אחת או נבג, כליה או תא, יורשים רק מידע גנטי, כלומר. ההזדמנות להראות סימנים מסוימים. בתהליך ההתפתחות נוצר ארגון מבני ספציפי של הפרט, ועלייה במסה שלו נובעת משעתוק של מקרומולקולות, מבנים יסודיים של תאים והתאים עצמם.

פילוגניה, או אבולוציה, היא התפתחות בלתי הפיכה ומכוונת של הטבע החי, המלווה בהיווצרותם של מינים חדשים וסיבוך מתקדם של החיים. התוצאה של האבולוציה היא המגוון של אורגניזמים חיים על פני כדור הארץ.

נִרגָנוּת. כל אורגניזם קשור קשר בל יינתק עם הסביבה: הוא שואב ממנו חומרים מזינים, חשוף לגורמים סביבתיים שליליים, מקיים אינטראקציה עם אורגניזמים אחרים וכו'. בתהליך האבולוציה, אורגניזמים חיים פיתחו וגיבשו את היכולת להגיב באופן סלקטיבי להשפעות חיצוניות. תכונה זו נקראת עצבנות. כל שינוי בתנאי הסביבה הסובבים את האורגניזם מהווה גירוי ביחס אליו, ותגובתו לגירויים חיצוניים משמשת אינדיקטור לרגישותו וביטוי לעצבנות.

התגובה של בעלי חיים רב-תאיים לעצבנות מתבצעת דרך מערכת העצבים ונקראת רפלקס.

גם אורגניזמים שאין להם מערכת עצבים, כמו פרוטוזואה או צמחים, נטולי רפלקסים. תגובותיהם, המתבטאות בשינוי באופי התנועה או הגדילה, נקראות בדרך כלל מוניות או טרופיזמים, ומוסיפים את שם הגירוי לייעודם. לדוגמה, phototaxis היא תנועה לעבר האור; chemotaxis - תנועה של אורגניזם ביחס לריכוז חומרים כימיים. כל סוג של מוניות יכול להיות חיובי או שלילי, תלוי אם העצבנות פועלת על האורגניזם בצורה מושכת או דוחה.

תחת טרופיזמים להבין את האופי הספציפי של הצמיחה, האופייני לצמחים. אז, הליוטרופיזם (מיוונית."הליוס "- השמש) פירושו צמיחה של חלקים יבשתיים של צמחים (גבעול, עלים) לכיוון השמש, וגיאוטרופיזם (מיוונית"גיאוגרפי "- כדור הארץ) - צמיחת חלקים תת-קרקעיים (שורשים) לכיוון מרכז כדור הארץ.

צמחים מאופיינים גם בנסטיה - תנועות של חלקים באורגניזם הצמחי, למשל, תנועת עלים בשעות האור, בהתאם למיקום השמש בשמיים, פתיחה וסגירה של קורולה של פרח וכו'. .

דיסקרטיות. המילה דיסקרטיות עצמה באה מהלטינית "דיסקרטיות ", שפירושו לסירוגין, מחולק. דיסקרטיות היא תכונה אוניברסלית של החומר. אז, ממהלך הפיזיקה והכימיה הכללית, ידוע שכל אטום מורכב מחלקיקים יסודיים, שאטומים יוצרים מולקולה. סדינים מולקולות הן חלק קשרים מורכביםאו גבישים וכו'.

החיים על פני כדור הארץ מתבטאים גם בצורות נפרדות. זה אומר ש אורגניזם בודדאו מערכת ביולוגית אחרת (מינים, ביוצנוזיס וכו') מורכבת מבודדים נפרדים, כלומר. מבודדים או מוגבלים במרחב, אך עם זאת קשורים הדוק ומקיימים אינטראקציה זה עם זה, ויוצרים אחדות מבנית ופונקציונלית. לדוגמה, כל סוג של אורגניזמים כולל פרטים בודדים. גופו של אדם מאורגן מאוד יוצר איברים מופרדים במרחב, אשר, בתורם, מורכבים מתאי בודדים. מנגנון האנרגיה של התא מיוצג על ידי מיטוכונדריה בודדים, המנגנון לסינתזת חלבונים מיוצג על ידי ריבוזומים וכו'. עד מקרומולקולות, שכל אחת מהן יכולה לבצע את תפקידה רק בהיותה מבודדת מרחבית מאחרות. הדיסקרטיות של מבנה הגוף היא הבסיס לסדר המבני שלו. הוא יוצר את האפשרות להתחדשות עצמית מתמדת שלו על ידי החלפת אלמנטים מבניים "שחוקים" (מולקולות, אנזימים, אברוני תאים, תאים שלמים) מבלי לעצור את ביצוע התפקוד. הדיסקרטיות של מין קובעת מראש את האפשרות של התפתחותו באמצעות מוות או חיסול של פרטים בעלי תכונות שימושיות להישרדות.

ויסות אוטומטי.זוהי היכולת של אורגניזמים חיים החיים בתנאי סביבה המשתנים ללא הרף לשמור על קביעות ההרכב הכימי שלהם ועוצמת הזרימה. תהליכים פיזיולוגיים- הומאוסטזיס. יחד עם זאת, היעדר צריכת חומרים מזינים כלשהם מגייסת את המשאבים הפנימיים של הגוף, והעודף גורם לאגירת חומרים אלו. תגובות דומותבוצע דרכים שונותהודות לפעילות של מערכות רגולטוריות - עצביות, אנדוקריניות ועוד כמה. האות להפעלת מערכת רגולטורית כזו או אחרת יכול להיות שינוי בריכוז של חומר או במצב של מערכת.

קֶצֶב. לשינויים תקופתיים בסביבה יש השפעה עמוקה על חיות הבר ועל המקצבים של יצורים חיים.

הקצב בפנים במונחים כלליים, חזרה על אותו אירוע או רפרודוקציה של אותו מצב במרווחי זמן קבועים. בביולוגיה, קצב מובן כשינויים תקופתיים בעוצמת התפקודים הפיזיולוגיים ותהליכי העיצוב עם תקופות שונות של תנודות (משניות בודדות ועד שנה ומאה שנה). המקצבים היומיומיים של שינה וערות בבני אדם ידועים היטב; מקצבים עונתיים של פעילות ותרדמת חורף אצל כמה יונקים (סנאים קרקעיים, קיפודים, דובים) ועוד רבים אחרים.

קצב מכוון לתיאום תפקודי הגוף עם הסביבה, כלומר. להסתגל לתנאי הקיום המשתנים.

תלות באנרגיה. גופים חיים הם מערכות "פתוחות" לכניסת אנרגיה. מושג זה שאול מהפיסיקה. במערכות "פתוחות" אנו מבינים דינמיקה, כלומר. מערכות שאינן במנוחה, יציבות רק בתנאי גישה מתמשכת אליהן על ידי אנרגיה וחומר מבחוץ. לפיכך, אורגניזמים חיים קיימים כל עוד הם מקבלים אנרגיה וחומר בצורת מזון מהסביבה. יש לציין שאורגניזמים חיים, בניגוד לחפצים בעלי טבע דומם, תחום מהסביבה על ידי קונכיות (קרום התא החיצוני באורגניזמים חד-תאיים, רקמת המרכיבים באורגניזמים רב-תאיים). קליפות אלו מעכבות את חילופי החומרים בין האורגניזם לסביבה, ממזערות את אובדן החומר ושומרות על האחדות המרחבית של המערכת.

לפיכך, אורגניזמים חיים שונים באופן חד ממושאי הפיזיקה והכימיה - מערכות לא-חיות - במורכבות יוצאת הדופן ובסדר התפקוד המבני הגבוה שלהם. הבדלים אלה מעניקים לחיים תכונות חדשות מבחינה איכותית. החיים הם שלב מיוחד בהתפתחות החומר.

ניתן לצמצם הגדרות רבות של מהות החיים לשתי הגדרות עיקריות. לפי הראשון, החיים נקבעים על ידי המצע - הנשא של תכונותיו, למשל, חלבון. קבוצת ההגדרות השנייה פועלת עם קבוצה של תהליכים פיזיקליים וכימיים ספציפיים האופייניים למערכות חיות. הגדרה קלאסיתפ.אנגלס: "החיים הם דרך קיום של גופי חלבון, שעיקרם חילופי חומרים מתמשכים עם הטבע הסובב אותם, ועם הפסקת חילוף החומרים הזה, גם החיים נעצרים, מה שמוביל לפירוק של החלבון" - ניתן לייחס רשמית רק לקטגוריה הראשונה, שכן אנגלס חשב לא על החלבונים עצמם, אלא על המבנים המכילים את החלבון. מצד שני, גם חילוף החומרים אינו יכול לשמש קריטריון בלעדי לחיים, ואכן הוא עצמו צריך להיות מוסבר דרך החיים.

ממש השקפה כלליתניתן להגדיר חיים כתחזוקה אקטיבית ושכפול עצמי של מבנה מסוים, תוך המשך הוצאת האנרגיה המתקבלת מבחוץ.

האבולוציה של צורות חיים.

תאים ללא גרעין, אבל עם גדילי DNA, דומים לחיידקים של ימינו ולאצות כחולות-ירקות. גילם של האורגניזמים העתיקים ביותר הוא כ-3 מיליארד שנים.

המאפיינים שלהם:

1. ניידות;

2. תזונה ויכולת לאגור מזון ואנרגיה;

3. הגנה מפני השפעות לא רצויות;

4. שִׁעתוּק;

5. נִרגָנוּת;

6. הסתגלות לתנאים חיצוניים משתנים;

7. יכולת לגדול.

בשלב הבא (לפני כ-2 מיליארד שנים), מופיע גרעין בתא. אורגניזמים חד תאייםעם גרעין נקראים הפשוטים ביותר. יש 25-30 אלף כאלה. הפשוטות שבהן הן אמבה. גם לסילאטים יש ריסים. גרעין הפרוטוזואה מוקף בממברנה כפולה עם נקבוביות ומכיל כרומוזומים ונוקלאולים. פרוטוזואה מאובנים - רדיולארים ופורמיניפרים - הם החלקים העיקריים של סלעי משקע. לפרוטוזאות רבות יש מנגנון תנועה מורכב.

לפני כמיליארד שנים, הראשון אורגניזמים רב תאיים, והייתה בחירה של פעילות צמחית - פוטוסינתזה - יצירת חומר אורגני מפחמן דו חמצני ומים באמצעות אנרגיית שמש שנלכדה על ידי כלורופיל. תוצר הפוטוסינתזה הוא חמצן באטמוספרה.

הופעתה והתפשטותה של הצמחייה הביאו לשינוי מהותי בהרכב האטמוספירה, שבתחילה היה בה מעט מאוד חמצן חופשי. צמחים המטמיעים פחמן מפחמן דו חמצני יצרו אטמוספירה המכילה חמצן חופשי, שהוא לא רק גורם כימי פעיל, אלא גם מקור לאוזון שחוסם את דרכם של קרניים אולטרה סגולות קצרות אל פני כדור הארץ.

במשך מאות שנים נוצרו בו שרידים שהצטברו של צמחים קרום כדור הארץמאגרי אנרגיה עצומים תרכובות אורגניות(פחם, כבול), והתפתחות החיים באוקיינוסים הביאו ליצירת סלעי משקע המורכבים משלדים ושאריות אחרות של אורגניזמים ימיים.

תכונות חשובות של מערכות חיים כוללות:

1. צְפִיפוּת. ב 5 * 10 -15 גרם. ה-DNA הכלול בביצת לוויתן מופרית מכיל מידע על הרוב המכריע של המאפיינים של בעל חיים ששוקל 5*10 7 גרם. (המסה גדלה ב-22 סדרי גודל).

2. היכולת ליצור סדר מתנועה תרמית כאוטית של מולקולות ובכך לנטרל את העלייה באנטרופיה. יצורים חיים צורכים אנטרופיה שלילית ופועלים נגד שיווי משקל תרמי, עם זאת מגבירים את האנטרופיה של הסביבה. ככל שהחומר החי מורכב יותר, כך יש לו יותר אנרגיה ואנטרופיה נסתרות.

3. החלפת חומר, אנרגיה ומידע עם הסביבה. יצור חי מסוגל להטמיע חומרים המתקבלים מבחוץ, כלומר. לבנות אותם מחדש, להשוות אותם למבנים החומריים שלהם, ובכך לשחזר אותם שוב ושוב.

4. לולאות משוב שנוצרות במהלך תגובות אוטוקטליטיות ממלאות תפקיד חשוב בתפקודים מטבוליים. "בעוד שבעולם האנאורגני משוב בין ה'השפעות' (תוצרי קצה) של תגובות לא ליניאריות לבין ה'סיבות' שמביאות להן הוא נדיר יחסית, במערכות חיות משוב (כפי שנקבע על ידי הביולוגיה המולקולרית), להיפך. , הוא הכלל ולא היוצא מן הכלל. ". אוטוקטליזה, קטליזה צולבת ועיכוב אוטומטי (התהליך המנוגד לקטליזה - אם קיים חומר נתון, הוא לא נוצר במהלך התגובה) מתרחש במערכות חיות. כדי ליצור מבנים חדשים, יש צורך במשוב חיובי; לקיום בר-קיימא, יש צורך במשוב שלילי.

5. החיים עדיפים מבחינה איכותית על צורות קיום אחרות של חומר במונחים של הגיוון והמורכבות של הרכיבים הכימיים והדינמיקה המתרחשים בטרנספורמציה חיה. מערכות חיים מאופיינות ברמת סדר ואסימטריה הרבה יותר גבוהה במרחב ובזמן. הקומפקטיות המבנית ויעילות האנרגיה של יצורים חיים הם תוצאה של הסדר הגבוה ביותר ברמה המולקולרית.

6. בארגון העצמי של מערכות לא-חיות, המולקולות פשוטות, ומנגנוני התגובה מורכבים; בארגון העצמי של מערכות חיות, להיפך, סכימות התגובה הן פשוטות, והמולקולות מורכבות.

7. למערכות חיות יש עבר, למערכות שאינן חיות אין. "המבנים האינטגרליים של הפיזיקה האטומית מורכבים ממספר מסוים של תאים יסודיים, גרעין אטוםואלקטרונים ואינם מראים שום שינוי בזמן, אלא אם כן הם מופרעים מבחוץ. במקרה של הפרה חיצונית כזו הם, נכון, איכשהו מגיבים אליה, אבל אם ההפרה לא הייתה גדולה מדי, הם חוזרים לעמדתם המקורית כשהיא נעצרת. אבל אורגניזמים אינם תצורות סטטיות. ההשוואה העתיקה של יצור חי עם להבה מעידה על כך שאורגניזמים חיים, כמו להבה, הם צורה שדרכה עובר החומר במובן מסוים כנחל.

8. חייו של אורגניזם תלויים בשני גורמים - תורשה, הנקבעת על ידי המנגנון הגנטי, ושונות, בהתאם לתנאי הסביבה ותגובת האדם אליהם. מעניין שעכשיו החיים על פני כדור הארץ לא יכלו להתעורר בגלל אטמוספירת החמצן וההתנגדות של אורגניזמים אחרים. ברגע שנולדו, החיים נמצאים בתהליך של התפתחות מתמדת.

9. היכולת להתרבות יתר על המידה. "התקדמות הרבייה כה גבוהה עד שהיא מובילה למאבק על החיים והשלכה שלו - הברירה הטבעית."

מהו מקור האנרגיה לכל היצורים החיים?

כל הפונקציות של מערכות חיות הדורשות הוצאת אנרגיה חייבות להיות מסופקות איתה מכמה מקורות חיצוניים. הם חומרים אורגניים עם אנרגיה כימית שנאגרת בהם. חלק מהאורגניזמים מסנתזים את החומרים הללו בתוכם מחומרים אנאורגניים. לדוגמה, מפחמן דו חמצני ומים תחת הפעולה של אוֹר שֶׁמֶשׁ(תהליך כזה נקרא פוטוסינתזה) או בתהליך של חמצון (כימוסינתזה בחלק מהחיידקים). אורגניזמים אלה נקראים אוטוטרופים. רוב האוטוטרופים הם צמחים ירוקים המבצעים פוטוסינתזה. חלק אחר של אורגניזמים (לדוגמה, כל בעלי החיים ובני האדם), הנקרא הטרוטרופים, הסתגל לצריכת אנרגיה מחומרים אורגניים מוכנים המסונתזים על ידי אוטוטרופים.

לחומרים אורגניים מזינים הנספגים על ידי הטרוטרופים יש סדר גדול יותר (אנטרופיה נמוכה יותר) מאשר מוצרים מטבוליים המופרשים. אורגניזמים הטרוטרופיים מעבירים סדר (אי-אנטרופיה) מהסביבה החיצונית אל עצמם. עבור אוטוטרופים, אותה מטרה מושגת על ידי ביצוע עבודה פנימיתבשל האנרגיה של הקרינה האלקטרומגנטית של השמש.

לפיכך, מטרת חילוף החומרים, כלומר החלפת חומרים של מערכת חיה עם הסביבה החיצונית, היא לשמור על רמת ארגון מסוימת של מערכת זו וחלקיה. מטרה זו מושגת באמצעות בחירה מבחוץ של חומרים ואנרגיה המספקים סינתזה כימית. הכרחי לגוףחיבורים, כמו גם סילוק מהמערכת החיה של כל מה שלא יכול לשמש אותה. מטבוליזם נחוץ כדי לנטרל את העלייה באנטרופיה הנגרמת מתהליכים בלתי הפיכים במערכת חיה.

בין שני סוגים של אורגניזמים - אוטו- והטרוטרופים - יש קשר מזון (טרופי). מערכות חיות יוצרות שרשראות מזון: האנרגיה שנצברת במהלך הפוטוסינתזה על ידי צמחים מועברת דרך אוכלי עשב לטורפים; החוליה האחרונה בשרשרת המזון הם חיידקים שמעבדים את החומר של אורגניזמים מתים חומרים אנאורגניים. לאחר מכן, מולקולות אלו יכולות להשתתף שוב ביצירת מערכות חיות. כתוצאה מכך נוצרה מחזוריות עולמית של חומרים בביוספרה, אשר נובעת מהמחזורים הביו-גיאוכימיים כביכול. העיקריים שבהם הם מחזורי מחזוריות בביוספרה של המים, כמו גם האלמנטים המרכיבים את מערכות החיים.

המקור העיקרי של זרימת האנרגיה העוברת דרך כל שרשראות המזון בביוספרה הוא אנרגיית קרינה אלקטרומגנטית סולארית הפוגעת בשטח כדור הארץ בטווח הנראה (אור). הטרנספורמציה הסופית בשרשרות המזון היא שחרור אנרגיה בצורת חום במהלך עיבוד שאריות אורגניות על ידי חיידקים. כל האנרגיה המשתחררת בתהליך הפעילות החיונית בביוספרה מוחזרת על ידי פני כדור הארץ לחלל העולם, בעיקר בצורת תחום האינפרא אדום האלקטרומגנטי.

במאזן האנרגיה העולמי, חשוב מהותית שהאנטרופיה של קרינת גלים קצרים המגיעה לכדור הארץ תהיה קטנה מהאנטרופיה קרינת גלים ארוכיםמוקרנים מחדש על ידי הפלנטה שלנו. בשל הבדל שלילי זה באנטרופיות, היווצרות ותחזוקה של מבנים מסודרים על פני כדור הארץ אפשריים (כפי שקורה במערכות טבעיות רבות אחרות). כל הביוספרה של כדור הארץ היא מערכת מאורגנת ביותר, שסדרה נשמר עקב מאזן האנטרופיה השלילי.

תחילת החיים עלי אדמות.

תחילת החיים על פני כדור הארץ היא הופעת חומצות גרעין המסוגלות להתרבות חלבונים. המעבר מחומרים אורגניים מורכבים לאורגניזמים חיים פשוטים עדיין לא ברור. תֵאוֹרִיָה אבולוציה ביוכימיתמציע רק מתאר כללי. בהתאם לה, על הגבול שבין קואצרבטים - קרישי חומרים אורגניים - יכולות להסתדר מולקולות של פחמימנים מורכבים, מה שהוביל להיווצרות פרימיטיבי. קרום תאמתן יציבות לקואצרבטים. כתוצאה מהכללת מולקולה המסוגלת להתרבות עצמית ב-coacervate, תא פרימיטיביבעל יכולת צמיחה.

הדבר הקשה ביותר להשערה זו הוא להסביר את יכולתן של מערכות חיות להתרבות עצמית, כלומר. עצם המעבר ממערכות דוממות מורכבות לאורגניזמים חיים פשוטים. אין ספק שידע חדש ייכלל במודלים של מקור החיים, והם יהיו מוצדקים יותר. אבל, אנו חוזרים, ככל שהחדש שונה מהישן בצורה איכותית יותר, כך קשה יותר להסביר את התרחשותו. לכן מדברים כאן על מודלים והשערות, ולא על תיאוריות.

בכל מקרה, השלב הבאבארגון החיים, הייתה צריכה להיות היווצרות של ממברנות שתוחמות תערובות של חומרים אורגניים מהסביבה. עם הופעתם, מתקבל תא - "יחידת חיים", ההבדל המבני העיקרי בין חיים ללא חיים. כל התהליכים העיקריים הקובעים את התנהגותו של אורגניזם חי מתרחשים בתאים. אלפים תגובה כימיתלהתרחש בו-זמנית, כך שהתא יוכל להשיג את חומרי ההזנה הדרושים, לסנתז ביומולקולות מיוחדות ולפנות פסולת. לאנזימים חשיבות רבה לתהליכים ביולוגיים בתא. הם לעתים קרובות מאוד מיוחדים ויכולים להשפיע רק על תגובה אחת. עיקרון פעולתם הוא שהמולקולות של חומרים אחרים נוטות להיצמד לאתרים הפעילים של מולקולת האנזים. זה מגדיל את ההסתברות להתנגשות שלהם, וכתוצאה מכך, את קצב התגובה הכימית.

סינתזת חלבון מתבצעת בציטופלזמה של התא. כמעט כל תא אנושי מסנתז למעלה מ-10,000 חלבונים שונים. גודל תא - מיקרומטר עד יותר ממטר אחד (in תאי עצביםשיש תהליכים). ניתן להבדיל בין תאים (עצב, שריר וכו'). לרובם יש יכולת להתאושש, אך לחלקם, כמו עצבניים, אין או כמעט אף אחד מהם.

הבסיס החומרי של החיים.

המאה ה-20 הובילה ליצירת המודלים המדעיים הראשונים של מקור החיים. בשנת 1924, בספרו של אלכסנדר איבנוביץ' אופרין "מקור החיים", גובש לראשונה מושג-מדעי הטבע, לפיו הופעת החיים היא תוצאה של אבולוציה ארוכה על פני כדור הארץ - תחילה כימית, ולאחר מכן ביוכימית. מושג זה זכה להכרה הגדולה ביותר בקהילה המדעית.

ניתן להבחין הצעדים הבאיםמערכות חיות, החל מהפשוטות ביותר ואחר כך עוקבות אחר הנתיב של סיבוך הדרגתי. במונחים חומריים, להיווצרות חיים, קודם כל, יש צורך בפחמן. החיים על פני כדור הארץ מבוססים על יסוד זה, אם כי עקרונית ניתן להניח גם קיומם של חיים על בסיס סיליקון. אולי אי שם ביקום יש "ציביליזציה סיליקון", אבל על פני כדור הארץ, פחמן הוא הבסיס לחיים.

מה הסיבה לכך? אטום הפחמן מיוצר במעמקי כוכבים גדולים בכמות הדרושה להיווצרות חיים. פחמן מסוגל ליצור מבנים מגוונים (כמה עשרות מיליונים), ניידים, מוליכות חשמלית נמוכה, ג'לטיניים, רווי מים, מבנים דמויי שרשרת מעוותים וארוכים. לתרכובות של פחמן עם מימן, חמצן, חנקן, זרחן, גופרית, ברזל יש תכונות קטליטיות, בנייה, אנרגיה, מידע ועוד תכונות יוצאות דופן.

ניתן לייחס חמצן, מימן וחנקן יחד עם פחמן ל"לבנים" של החיים. התא מורכב מ-7% חמצן, 17% פחמן, 10% מימן, 3% חנקן. כל אבני הבניין של החיים שייכות לאבני הבניין היציבות והנפוצות ביותר ביקום. יסודות כימיים. הם מתחברים זה עם זה בקלות, מגיבים ומשקל אטומי נמוך. התרכובות שלהם מסיסות בקלות במים.

על פי נתונים אסטרונומיים ברדיו, חומרים אורגניים התעוררו לא רק לפני הופעת החיים, אלא גם לפני היווצרות הפלנטה שלנו. לָכֵן, חומר אורגניממוצא אביוגני היו נוכחים על כדור הארץ כבר במהלך היווצרותו.

כאשר כדור הארץ נוצר מאבק קוסמי (חלקיקי ברזל וסיליקטים - חומרים הכוללים סיליקון) וגז, סביר מאוד להניח שגזים יכלו להתעבות בחלקים החיצוניים של מערכת השמש. תרכובות אורגניות יכולות להיות מסונתזות גם על פני השטח של גרגרי אבק.

מחקרים כימיים ופליאונטולוגיים של המרבצים הקדם-קמבריים המוקדמים ביותר, ובעיקר ניסויי מודל רבים המשחזרים את התנאים ששררו על פני כדור הארץ הפרימיטיבי, מאפשרים להבין כיצד נוצרו חומרים אורגניים מורכבים יותר ויותר בתנאים אלו.

חיים אפשריים רק בתנאים פיזיקליים וכימיים מסוימים (טמפרטורה, נוכחות מים, מלחים וכו'). הפסקת תהליכי חיים, למשל, במהלך ייבוש זרעים או הקפאה עמוקה של אורגניזמים קטנים, אינה מובילה לאובדן הכדאיות שלהם. אם המבנה נשמר בשלמותו, הוא מבטיח את שיקום תהליכי החיים כאשר הוא חוזר לתנאים רגילים.

כמו כן, לצורך הופעת החיים יש צורך בטווחים מסוימים של טמפרטורה, לחות, לחץ, רמות קרינה, כיוון מסוים בהתפתחות היקום וזמן. ההסרה ההדדית של גלקסיות מובילה לכך שהקרינה האלקטרומגנטית שלהן מגיעה אלינו מוחלשת יותר. אם הגלקסיות היו מתקרבות, אזי צפיפות הקרינה ביקום הייתה כל כך גדולה עד שהחיים לא יכלו להתקיים. פחמן סונתז בכוכבי ענק לפני כמה מיליארדי שנים.אם גיל היקום היה פחות, אז גם החיים לא היו יכולים להתעורר. לכוכב הלכת חייבת להיות מסה מסוימת כדי להחזיק אטמוספירה.

ארגון מערכות חיים.

מאז תחילת החיים, הטבע האורגני נמצא בהתפתחות מתמשכת. תהליך האבולוציה נמשך כבר מאות מיליוני שנים, ותוצאתו היא מגוון צורות חיים, שמבחינות רבות לא תוארו וסווגו במלואם.

החיים על פני כדור הארץ מיוצגים על ידי יצורים גרעיניים וקדם-גרעיניים, חד-תאיים ורב-תאיים; רב-תאיים, בתורם, מיוצגים על ידי פטריות, צמחים ובעלי חיים. כל אחת מהממלכות הללו מאוחדת על ידי סוגים שונים, מעמדות, סדרים, משפחות, סוגים, מינים, אוכלוסיות ואינדיבידואלים.

הרעיונות הראשונים לגבי המערכות ורמות הארגון של מערכות חיות הושאלו מניסיון חקר חיות הבר. השלב התיאורטי הבא בהבנת מהות הסוגיות קשור בהכרח לניתוח של מערכת חיה נתונה, חלוקתה לתת-מערכות ואלמנטים נפרדים, חקר מבנה המערכת וזיהוי רמות מבניות שונות של ארגון של מערכות חיים.

ישנן מספר רמות שונות של ארגון של יצורים חיים: מולקולרי, תאי, רקמה, איבר, אונטוגנטי, אוכלוסיה, מינים, ביו-גאוצנטרי, ביוספרית. הרמות המפורטות מודגשות כדי להקל על הלימוד.

בחקר הרמה הגנטית המולקולרית, ככל הנראה, הושגה הבהירות הגדולה ביותר בהגדרת מושגי היסוד, כמו גם בזיהוי מבנים ותופעות יסודיות. התפתחות תורת התורשה הכרומוזומלית, ניתוח התהליך המוטציוני וחקר מבנה הכרומוזומים, הפאג'ים והנגיפים חשפו את המאפיינים העיקריים של ארגון המבנים הגנטיים היסודיים והתופעות הקשורות אליהם.

הרעיון של הרמות המבניות של הארגון נוצר בהשפעת הגילוי תורת התאמבנים של גופים חיים. באמצע המאה ה- XIX. התא נחשב ליחידה האחרונה של חומר חי, כמו האטום של גופים אנאורגניים. ל. פסטר הציע זאת הנכס החשוב ביותרמכל החומר החי הוא אסימטריה מולקולרית, בדומה לאסימטריה של שמאל ו יד ימין. בהתבסס על אנלוגיה זו, מדע מודרניתכונה זו כונתה כיראליות מולקולרית (מיוונית cheir, "יד").

יחד עם חקר מבנה החלבון, מנגנוני התורשה והרבייה של מערכות חיות נחקרו באופן אינטנסיבי ב-50 השנים האחרונות.

נושא זה הפך חריף במיוחד עבור ביולוגים בהקשר להגדרת הגבול בין חיים ללא חיים. הבחנה מדעית למהדרין בין חיים ללא חיים נתקלת בקשיים מסוימים. יש, כביכול, צורות מעבר מהלא חיים לחיים. מחלוקת גדולה התעוררה סביב טבעם של וירוסים בעלי יכולת רבייה עצמית, אך אינם מסוגלים לבצע את התהליכים שאנו נוהגים לייחס למערכות חיות: להחליף חומר, להגיב לגירויים חיצוניים, לגדול וכו'.

לנגיפים מחוץ לתאים של אורגניזם אחר אין אף אחת מהתכונות של אורגניזם חי. יש להם מנגנון תורשתי, אך חסרים להם האנזימים העיקריים הדרושים לחילוף החומרים, ולכן הם יכולים לגדול ולהתרבות רק על ידי חדירת תאי האורגניזם המארח ושימוש במערכות האנזימים שלו. ברור שאם אנו מחשיבים את חילוף החומרים כאל תכונה מגדירה של יצור חי, אזי לא ניתן לקרוא לנגיפים אורגניזמים חיים, אבל אם יכולת ההתרבות נחשבת לתכונה כזו, אז יש לייחס אותם לגופים חיים. תלוי באיזו תכונה אנו רואים כחשובה ביותר, אנו מסווגים וירוסים במערכות חיות או לא. ככל שזה נראה מוזר, אבל עדיין אין הגדרה למושג "חיים, חיים" שמספקת את כולם.

לך ל ברמה המולקולריתהמחקר שינה במידה רבה את הרעיון של מנגנון השונות. לפי נקודת המבט הדומיננטית, המקור העיקרי לשינויים ולברירה לאחר מכן הם מוטציות המתרחשות ברמה הגנטית המולקולרית. עם זאת, בנוסף להעברת תכונות מאורגניזם אחד לאחר, ישנם מנגנונים נוספים של שונות, שהחשובים שבהם הם "רקומבינציות גנטיות". במקרים מסוימים, המכונים "קלאסיים", הם אינם מובילים לעלייה במידע הגנטי, הנצפה בעיקר ב אורגניזמים גבוהים יותר. במקרים אחרים, "לא קלאסיים", הרקומבינציה מלווה בעלייה במידע של גנום התא. במקרה זה, ניתן לכלול שברי כרומוזום של התא התורם בכרומוזום של התא המקבל, או שהם יכולים להישאר במצב סמוי סמוי, אך בהשפעת גורמים חיצונייםהם הופכים פעילים ולכן יכולים להתחבר לתא הנמען.

מחקר נוסף של צורות "לא קלאסיות" של רקומבינציה גנטית הוביל לגילוי של מספר אלמנטים גנטיים ניידים, או "נודדים". החשובים שבהם הם אלמנטים גנטיים אוטונומיים הנקראים פלסמידים, המשמשים כנשאים פעילים של מידע גנטי. בהתבסס על תוצאות אלה, כמה מדענים הציעו שאלמנטים גנטיים "נודדים" גורמים לשינויים משמעותיים יותר בגנום התא מאשר מוטציות.

כל זה לא יכול היה אלא להעלות את השאלה: האם הברירה הטבעית פועלת ברמה הגנטית המולקולרית?

הופעתה של "תיאוריית המוטציות הניטרליות" החמירה את המצב עוד יותר, שכן היא מוכיחה ששינויים בתפקודי המנגנון לסינתזת החלבון הם תוצאה של מוטציות ניטרליות ואקראיות שאינן משפיעות על האבולוציה. למרות שמסקנה כזו אינה מקובלת בדרך כלל, ידוע כי פעולת הברירה הטבעית מתבטאת ברמת הפנוטיפ, כלומר אורגניזם שלם חי, וזה כבר קשור לרמה גבוהה יותר של מחקר.

פיתוח התפיסה המודרנית של האחדות הביוכימית של כל היצורים החיים.

בעוד שבביולוגיה לא היו שיטות של מחקר פיסיקלי וכימי ומושגים תיאורטיים ברורים כלשהם, המהות של החיים הצטמצמה לנוכחות של איזשהו "כוח מסתורי", שבזכותו כל היצורים החיים מתפתחים ומתרבים. גישה זו להבנת החיים נקראת ויטליזם. הוויטליזם הוביל את החוקרים בדרך הלא נכונה ולא תרם להבנת עקרונות התפקוד של אורגניזמים חיים. עקרונות אלו נחשפו לאורך הדרך מחקר מפורטתהליכי חילופי חומר, אנרגיה ומידע במערכות חיות ברמות ארגון שונות, מהתא ועד לביוספרה.

העמקת הידע המודרני על מקור החיים מובילה להופעתם של תיאוריות שונות של אבולוציה פרה-ביולוגית. ישנן מספר נקודות מבט על עצם היווצרות החיים על פני כדור הארץ.

הראשון הוא כדלקמן: חיים צמחו על פני כדור הארץ מצורות לא-חיות (מינרליות).

לָכֵן:

א)החיים הם וקטור מכוון של אבולוציה מהדומם לחיים;

ב)הגבול בין חיים ללא-חיים הוא חד מאוד, והחיים עצמם אינם יציבים ביותר ויכולים בכל רגע לחזור לתחום הדומם;

V)לחיות מחוסר חיים - אירוע כמעט לא ייאמן! במיוחד כשחושבים על כך שלא נמצאו סימני חיים על כוכבי לכת קרובים.

הנחת היסוד השנייה היא שהחיים התפתחו על פני כדור הארץ. זה אומר ש:

א)החיים הם תוצר של הקוסמוס, וכדור הארץ מספק רק את התנאים הדרושיםלפיתוח שלו (ב חלל חיצוןבמסלול בין מאדים לצדק ישנה חגורת אסטרואידים, שממנה מגיעים אלינו לכדור הארץ סוגים מסוימים של מטאוריטים (כונדריטים!) בעלי ריכוז פחמן ממקור אי-אורגני, שממנו מתאפשרת סינתזה של העיקרון היסודי של החיים - חומצות אמינו;

ב)הבסיס לפני החיים הוא מבנה יציב מאוד, שכן הוא יכול להתגבר על מרחקים עצומים בקוסמוס;

V)מהות עקרון פסטר-רדי (החי רק מהחי);

ז)החיים אינם אירוע נדיר כל כך ביקום.

על פי השערתו של האסטרופיזיקאי האנגלי ג'יימס ג'ינס (1877-1946), ההנחה היא שהחיים הם עובש המתרחש על פני השטח גרמי שמים. האמירה הפרדוקסלית הזו הייתה ההסבר הטבעי ביותר למקור החיים.

בניתוח תופעת החומר החי, אנו יכולים להסיק שהיא מונעת את התנוונות החומר ביקום, מכיוון שחלק ממצבו חסר המבנה עובר למצב מבני, ומוריד את האנטרופיה של המערכת. פוטוסינתזה היא המחשה מושלמת לכך.

המעבר מהלא-חי לחיים התרחש לאחר שבסיסן של שתי מערכות חיים יסודיות התעוררו והתפתחו על בסיס המבנים הפרה-ביולוגיים הקודמים: מערכת המטבוליזם (מטבוליזם) ומערכת הרבייה של התא החי. . עדיין לא ניתן לומר כיצד בדיוק התרחשה התפתחות זו. בטבע המודרני, אנו עדים לתוצאה הסופית של אותה קפיצה איכותית שהובילה להיווצרות תא חי, ולתהליך האבולוציה הביולוגית שבא בעקבותיו.

חקר המערכות הללו נתן את התוצאה המקרית החשובה ביותר: נוצר יסוד לכל מדע הטבע של הטבע החי, ללא קשר לרמת הארגון של המבנים המרכיבים אותו. רעיון זה, שמקורו במאה ה-19, קיבל צורה של מושג שלם של האחדות הביוכימית של החיים בשנות ה-20, הודות לעבודתם של המיקרוביולוגים ההולנדיים א.קלואיבר וג'י דונקר. עד כה, תפיסה זו אומתה על ידי תוצאות של מחקרים מקיפים המדגימים באופן ממצה את האחדות של כל היצורים החיים במונחים של התכונות הבסיסיות ביותר: הדמיון של ההרכב הכימי, תכונת הכיראליות של יצורים חיים, התפקיד האוניברסלי. של אדנוזין טריפוספט (ATP) כמצבר וכנשא של אנרגיה מאוחסנת ביולוגית; רבגוניות קוד גנטיוכו.

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה.

1. Gorelov A.A. מושגים של מדעי הטבע המודרניים. מהלך ההרצאות - מ.: מרכז, 2000.

2. Zakharov V.B., Mamontov S.G., Sivoglazov V.I. ביולוגיה: דפוסים כלליים. ספר לימוד עבור 10-11 תאים. חינוכית כללית מוסדות חינוך. מ.: בית הספר-עיתונות, 1996.

3. מושגים של מדעי הטבע המודרניים. ספר לימוד. אד. פרופסור V.N. לאבריננקו, פרופסור V.P. רטניקוב. מ.: "תרבות וספורט". אגודת ההוצאה לאור "UNITI", 1997.

4. Samygin S.I., Golubintsev V.O., Lyubchenko V.S., Minasyan L.A. מושגי מדעי הטבע המודרניים: תשובות לבחינה. סדרה של "עובר את הבחינה". רוסטוב על הדון: "פניקס", 2001.

5. Chipak Yu.A., Borisov D.A., Popova N.S., Sarafanova E.V. "בחינה במהלך המושג מדעי הטבע המודרני". אד. טֵלֶוִיזִיָה. מקיבה. מ.: "קודם-יזדאט", 2004.

המאמר מסביר את הרלוונטיות של יצירת קשרים בין מרכיבי הטבע החי והדומם לתרגול הוראת הנושא " העולם» בבית הספר היסודי, חושף את המשמעות של פעילות זו בגיבוש התודעה הסביבתית תלמידי חטיבת ביניים, מציגה מתודולוגיה לגילוי וביסוס קשרים בין מרכיבי הטבע במסגרת הוראת תלמידי בית ספר יסודי.

הורד:

תצוגה מקדימה:

מגלינובה ב.ב.

יצירת קישורים ומערכות יחסים תופעת טבעכאמצעי לגיבוש דעות על אחדות הטבע בתהליך לימוד הקורס "העולם מסביב"

ביסוס קשרים וקשרים בין תופעת הטבע כאמצעי היווצרות השקפות על אחידות הטבע במהלך "העולם סביבנו"

מילות מפתח: קשרים, חיבורים, השקפה, השקפה מדעית, טבע חי, טבע דומם, אחדות הטבע.

מילות מפתח: קשרים, חיבורים, תפיסת עולם, השקפה מדעית, טבע מונפש, טבע דומם, אחידות הטבע.

תקציר: המאמר מסביר את הרלוונטיות של יצירת קשרים בין מרכיבי הטבע החי והדומם לתרגול של הוראת הנושא "העולם סביבנו" בבית הספר היסודי, חושף את המשמעות של פעילות זו בגיבוש התודעה האקולוגית של תלמידים צעירים יותר. , מציגה מתודולוגיה לגילוי וביסוס קשרים בין מרכיבי הטבע במסגרת הוראת התלמידים בבית הספר היסודי.

ביאור: המאמר מסביר את האקטואליה של יצירת קשרים בין מרכיבי הטבע האני והדומם להוראת נושא בית הספר "העולם סביבנו" בבית הספר היסודי. הוא חושף את המשמעות של פעילות זו בגיבוש המודעות הסביבתית של ילדי בתי הספר היסודיים ומתאר שיטות לגילוי וביסוס הקשרים בין מרכיבי הטבע בקורס ההוראה של ילדי בית הספר היסודי.

גילוי ויצירת קשרים בין מרכיבי הטבע הדומם והדומם רלוונטיים לעיסוק בלימוד מקצוע בית הספר "העולם סביבנו", שכן הוא מאפשר לנו לחשוף את משמעות ההשפעה של כל מרכיבי הטבע על העבודה. פעילות של אנשים הקשורים לשימוש בטבע ובהתאם לכך, חינוך של יחס זהיר אליה. בתהליך יישום הרעיון הזה נוצרות הזדמנויות גדולות גישה משולבתלהוראת תלמידים צעירים יותר. ידוע שהמורה, מלמד, מחנך ומפתח ילדים.

במאמר זה נתמקד בחלק מאפשרויות החינוך והחינוך ההתפתחותי בתהליך לימוד הקורס "העולם מסביב" בבית הספר היסודי, ניתן דוגמאות ליצירת קשרים בטבע, בתהליך זיהוי אילו רוב תנאים נוחיםלפיתוח החשיבה של הילדים.

בכלל, הקורס "העולם מסביב" עוסק בטבע, אותו כינה כ"ד אושינסקי המחנך הגדול. לפי ק.ד. אושינסקי, "לעורר בילדים תחושה חיה של הטבע פירושו לעורר את אחת ההשפעות המועילות ביותר המחנכות את הנפש" (1).

הערך שלא יסולא בפז של הנושא "העולם מסביב" טמון בעובדה שהוא מהווה בסיס לתפיסת עולמו של הילד, וגם מספק הזדמנויות רבות לפיתוח אישיותו. בלימוד קורס זה מקבלים תלמידים צעירים ידע מדעי, שכן הוא פותח בהתאם לעיקרון הדידקטי של אופי מדעי ומניח בילדים השקפות מדעיות על הטבע, שהן מרכיבי השקפת עולם מדעית. בלב תפיסת העולם הזו היא חומרנות דיאלקטית, הכרה בראשוניותו של העולם החומרי, באחדותו ובשונותו. התלמידים מגיעים למסקנה שהעולם הזה באמת קיים, מתפתח, אפשר לדעת.

בביצוע משימות מיוחדות, תלמידים צעירים מתבוננים בחפצים ובתופעות בטבע, צוברים במוחם מלאי מסוים של רעיונות ספציפיים על הטבע וחוקרים חפצי טבע בחושיהם. כך, באמצעות התבוננות, הילד משתכנע באחדות ובמגוון של הטבע. במהלך תצפיות ספציפיות, הוא יוצר קשרים, ובמקרים מסוימים, קשרים בין אלמנטים טבעיים שונים. לדוגמה, צפייה בבואם של ציפורים, הילד יכול להגדיר קשרים מורכבים: הגעתם של ציפורים באביב תלויה בטמפרטורת האוויר, הפשרת השלגים, פתיחת מאגרים והופעת חרקים. ברור שעד להופעת החרקים, הציפורים לא יעופו; אתה לא יכול לחכות לבואם של עופות מים עד שהמאגרים ייפתחו. הפשרת שלג, פתיחת נהרות, הופעת חרקים קשורה לעלייה בטמפרטורת האוויר. ילד יכול ליצור קשרים רבים כאלה. בהתבוננות, הוא מציין שהכל בטבע משתנה, שהשינויים הללו מתרחשים לא רק בזמן, אלא גם במרחב. זה נותן לתלמיד סיבה להסיק מסקנות עצמאיות לגבי אחדות הטבע. כמובן, זה לא מספיק כדי ליצור אמונות דיאלקטיות-מטריאליסטיות יציבות, אבל זה מספיק כדי להניח את היסודות השקפות מדעיותעל הטבע.

אפילו א.יא.גרד, מפתחת את המקצוע "לימודי טבע" לכיתות הנמוכות בבית הספר, הקדישה תשומת לב ליצירת קשרים ויחסי גומלין של תופעות טבע, להיגיון של בניית המקצוע. בעבודתו "שיעורי מקצוע", כתב: "מטרת שיעורי המקצוע בבית ספר עממי, בנוסף לפיתוח היבטים שונים של הנפש, היא לתת לתלמידים, עד שהם עוזבים, רעיונות נכונים ואולי שלמים על הסביבה, על כדור הארץ ועל היצורים החיים בו" (2). מהאמירה לעיל ניתן לראות כי א.י.א. גרד לקח כמובן מאליו את התפתחותם של תלמידים בתהליך חשיפת מושג הטבע בכללותו, המתבטא בגיוון. לכן א.יא. גרד אמר: "תפרדו מדעי הטבע: זואולוגיה, בוטניקה, מינרלוגיה, פיזיקה - אסור להתקיים בבית הספר העממי: יש רק מדע אחד בלתי נפרד - על העולם האורגני והאנא-אורגני שמסביב. חקר העולם האורגני חייב להקדים את חקר העולם האורגני" (2).

גיבוש הדעות של אחדות הטבע בקרב תלמידים צעירים יותר, בית ספר יסודינועד להניח את היסודות לא רק לחינוך מדעי הטבע, אלא גם להכין נציגים של קבוצות אתניות שונות לחיים בסביבה רב תרבותית במדינה רב לאומית. עַל השלב הנוכחימערכות חינוך אזוריות מספקות חינוך מדעי הטבע של בוגריהן, תורמות למוכנותם לחיים בתנאים של מדינה פדרלית וציוויליזציה מודרנית, על ידי היכרותם עם העולם, הרוסי, כמו גם תרבות אתנית(6). אחד הכיוונים של עבודה זו, לדעתנו, הוא הקונוטציה האתנית-תרבותית של החינוך.

ניתן להגדיר את נקודות המוצא והרעיונות העיקריים של הקונוטציה האתנו-תרבותית של חינוך מדעי הטבע באופן הבא: גיבוש דעות על אחדות הטבע, תוך התחשבות במאפיינים האתנו-פסיכולוגיים, השקפות פילוסופיות ומסורות פדגוגיות של האנשים; היכרות עם ערכים אנושיים אוניברסליים; הכשרה על העיקרון - "מקרוב לרחוק, מסף הילידים - לעולם הידע האוניברסלי"; מבוא לידע במדעי הטבע, תוך התחשבות ביסודות המסורתיים של חייה של קבוצה אתנית; שונות בהתאם מאפיינים מקומיים, הזדמנויות וצרכים של תלמידים והוריהם (לפי א.ב. פנקין).

המרכיב האתנו-תרבותי של התוכן של התהליך החינוכי כולל את כל העושר של תרבות אתנו, מערכת תומכת החיים, מסורות, סטריאוטיפים של התנהגות, מטרות רוחניות וערכים מלאים בתכנים מודרניים חדשים המבטיחים התאמה בין ערכים מסורתיים לאוניברסליים. , הוכנסו ערכים סטנדרטיים טכנולוגיות מודרניות (5).

מעניינים ביותר הם המחקרים על קשרים ויחסי גומלין בטבע מאת קלפינינה ז.א., המבוססים בתוכניתו של המחבר "טבע ואנשים". בהתאם לתכנית זו, בכיתה א' לומדים את הטבע הסובב, מתבצע מחקר מקיף של שינויים עונתיים בטבע הדומם והחי. החוליה המרכזית בכל עבודת המורה היא הקמת סימני עונות השנה. הקמתם מתחילה בטבע הדומם. ניתן לתאר את הרצף של עבודה זו בצורה של דיאגרמה.

קשרים סיבתיים

כאשר קובעים את סימני עונות השנה

תכנית 1.

מיקומה של שמש הצהריים בשמיים, הקובע את אורך היום והלילה, הוא החוליה הראשונה ביצירת קשרים. במהלך תצפיותיו בשמש, על התלמיד לוודא שגובה הצהריים של השמש משתנה עם עונות השנה. לפיכך, גובה שמש הצהריים ואורך היום הם אחד הסימנים החשובים ביותר של עונות השנה. אלמנטים אחרים של הטבע, ומעל לכל, מזג האוויר תלויים בסימנים אלה. לרוב, סטודנטים בית ספר יסודימזג האוויר מאופיין באלמנט אחד: חם - כפור, סוער - ללא רוח, בהיר - מעונן, עם משקעים - ללא משקעים. באופן כללי, כל האלמנטים הללו מרכיבים את מזג האוויר. המשימה של המורה היא ליצור קשרים בין המרכיבים האישיים שלו תוך התבוננות במזג האוויר.

המרכיב החשוב ביותר של מזג האוויר הוא טמפרטורת האוויר. זה תלוי בגובה השמש ובאורך היום. לכן, הקישור השני של הקשרים שהתלמיד לומד הוא התלות של טמפרטורת האוויר בגובה השמש ובאורך היום.

החוליה השלישית בהקמת קישורים טבעיים היא תלות המשקעים בעננות. אז, בתהליך התצפית, ילדים קובעים שבסתיו השמיים מכוסים לעתים קרובות יותר בעננים, יש גשמים רצופים ארוכים, בניגוד לגשמים כבדים לטווח קצר בקיץ. טמפרטורות קרירות יותר בסתיו גורמות לערפילים. ערפל, כפור, כפור יכולים להיכלל כסימנים לעונת הסתיו.

כאשר טמפרטורת האוויר יורדת מתחת לאפס מעלות, פני האדמה קופאים, וקרח נוצר על מקווי מים. זוהי החוליה הרביעית ביצירת קשרים בטבע הדומם.

לאחר ביסוס תלות בטבע הדומם, רצוי לבצע עבודה לזיהוי הקשרים בין חיות בר לטבע דומם. עַל שלב ראשוניאימון, חשוב לזהות את התלות של שינויים בצמחייה במידת ההארה של אזור נתון על ידי השמש וטמפרטורת האוויר. תצפיות על חיי הצומח לאורך השנה מאפשרות לילדים להסיק שעם ירידה באור השמש וירידה בטמפרטורת האוויר, העלים על העצים והשיחים מתחילים לשנות את צבעם, הפטוטרות שלהם מתייבשות ומתפרקות כשהרוח נושבת. כך מתחילה נפילת עלים - אחת מתופעות הסתיו המדהימות בטבע. שינוי בצבע העלים ונפילת העלים הוא אחד הסימנים החשובים ביותר של עונת הסתיו.

על הדוגמה של עולם החי, כלומר. הכנת בעלי חיים לשינויים בטבע הדומם והחי, נוצרים קשרים מורכבים יותר. הבה נתחקה על הדוגמה של האופן שבו ציפורים ובעלי חיים מתכוננים לחורף. בעלי חיים וציפורים חייבים להסתגל לתנאי המזון המשתנים, מזג האוויר הקר וכיסוי השלג. בזיהוי מערכות יחסים, אנו שמים את הסיבה הקובעת במקום הראשון - שינוי בתנאים התזונתיים.

שינויים בתלות בחיי בעלי החיים בסתיו

משינויים בטבע הדומם

תכנית 2.

העבודה על זיהוי קישורים ומערכות יחסים נמשכת בכיתות ג' ו-ד'.

הדוגמאות של חיבור וקישור שחשבנו, המונחות במהלך לימוד הנושא "העולם סביבנו", הן כלי חיוניפיתוח החשיבה של התלמידים. כל תהליך החשיבה בזיהוי קשרים מתבטא בהכללות, שמידתן הולכת ומסתבכת ככל שמעורבים מושגים חדשים. השלב הראשוני של ההכללות בא לידי ביטוי בהכרה חושית: מתחושות לתפיסות, מתפיסות לייצוגים. לשלב החושי של הקוגניציה יש חֲשִׁיבוּתבהוראת תלמידי בית ספר צעירים יותר, בהיותו הבסיס לגיבוש מושגים, שיפוטים ומסקנות. הוראה זו באה לידי ביטוי בהודעת ק.ד. אושינסקי: “ההיגיון של הטבע הוא ההיגיון הנגיש ביותר לילדים – ויזואלי, שאין עליו עוררין. כל חפץ חדש מאפשר להפעיל את התודעה עם השוואות, להכניס מושגים חדשים לתחום של אלה שכבר נרכשו, להביא את הסוגים הנחקרים תחת מין אחד "(1).

סִפְרוּת:

1. אושינסקי ק.ד. אופ. M., 1949, v.5, p. 252.
2. גרד א.יה. עבודות פדגוגיות נבחרות. מ', 1953, עמ' 83.
3. גרד א.יה. עבודות פדגוגיות נבחרות. מ', 1953, עמ' 90.
4. פנקין א.ב. היווצרות אישיות אתנו-תרבותית: ספר לימוד. קצבה לסטודנטים באוניברסיטה /A.B. פנקין. - M .: LLC "Big Bear", 2004. - 272 עמ'.
5. אושינסקי ק.ד. Fav. soch., M., 1968, p.207
6. Tsuryumova S.V. קונוטציה אתנו-תרבותית של חינוך נוסף לילדים / השכלה נוספתילדים כגורם התפתחותי מוסדות חינוך סוגים שונים: חומרים של ועידת ההתכתבות המדעית והמעשית הכל-רוסית / ed. אָב. זולוטרבה. - Yaroslavl: Publishing House of YaGPU, 2008. - S. 137-140.

במשך זמן רב, מדעי הטבע החי והדומם התפתחו בנפרד זה מזה, החדירה ההדדית של תחומי ידע אלה הייתה קשה.

A. Humboldt, C. Lyell, V.V. Dokuchaev ו-V.I. ורנאדסקי הראה שהרכיבים החיים והלא חיים (אינרטיים) של כדור הארץ קשורים ביניהם ויוצרים מערכת אחת. הוא כינה את מכלול האורגניזמים החיים של הפלנטה החומר החי של הביוספרה.

מערכת היא שלם, המורכב מחלקים (רכיבים) המחוברים ביניהם ומשפיעים זה על זה. המרכיבים העיקריים של העולם הסובב הם הטבע החי והדומם. ישנם יחסי גומלין רבים בין הטבע החי והדומם.

לדוגמה, כל היצורים החיים (נציגי חיות הבר) זקוקים למים (מרכיב של טבע דומם), חיים בלתי אפשריים ללא מים. יחד עם זאת, צמחיית יער עשירה שומרת על הלחות באדמה ומרטיבה את האוויר. לאחר כריתת היערות, כמות המים באדמה יורדת, נהרות הופכים רדודים, האקלים מתייבש.

גם דברים חיים ושאינם חיים מערכות מורכבות. מערכת הטבע החי כוללת אורגניזמים חיים: צמחים, בעלי חיים, פטריות, חיידקים, שביניהם יש קשרים. למשל, צמחים משמשים מזון לאוכלי עשב. לאחר המוות נכנסים לאדמה שאריות צמחים ושרידי בעלי חיים, שם פטריות קרקע וחיידקים מפרקים אותם למינרלים, כלומר. חומרים פשוטים מאוד שצמחים ניזונים מהם.

חיות בר הן אוסף של אורגניזמים. הוא מחולק לחמש ממלכות: חיידקים, פטריות, צמחים ובעלי חיים. הטבע החי מאורגן למערכות אקולוגיות המרכיבות את הביוספרה. התכונה העיקרית של החומר החי היא מידע גנטי, המתבטא בשכפול ובמוטציה.

העניין בהכרת הטבע החי התעורר באדם לפני זמן רב מאוד, עוד בעידן הפרימיטיבי, והיה קשור קשר הדוק לצרכיו החשובים ביותר: מזון, תרופות, לבוש, דיור וכו'. עם זאת, רק בתרבויות העתיקות הראשונות אנשים החלו לחקור באופן מכוון ושיטתי אורגניזמים חיים, כדי להרכיב רשימות של בעלי חיים וצמחים המאכלסים אזורים שונים של כדור הארץ. המדע החוקר יצורים חיים נקרא ביולוגיה. כיום, ביולוגיה היא מכלול שלם של מדעים על חיות בר. ויש סיווגים שוניםהאחרון. לדוגמה, על פי מושאי המחקר, מדעי הביולוגיה מחולקים לווירולוגיה, בקטריולוגיה, בוטניקה, זואולוגיה ואנתרופולוגיה.

על פי רמת הארגון של חפצים חיים, המדעים הבאים נבדלים:

אנטומיה המוקדשת למחקר מבנה מקרוסקופיבעלי חיים;

היסטולוגיה, החוקרת את מבנה הרקמות;

ציטולוגיה היא חקר התאים המרכיבים את כל האורגניזמים החיים.

על פי המאפיינים, או הביטויים של יצורים חיים, ביולוגיה כוללת:

מורפולוגיה - מדע המבנה, או המבנה של יצורים חיים;

פיזיולוגיה, החוקרת את תפקודם;

ביולוגיה מולקולרית, החוקרת את המיקרו-מבנה של רקמות ותאים חיים;

אקולוגיה, המתחשבת באורח החיים של צמחים ובעלי חיים ויחסיהם עם הסביבה;

גנטיקה, החוקרת את חוקי התורשה והשונות של אורגניזמים חיים.

כל הסיווגים הללו הם במידה מסוימת מותנים ויחסיים ומצטלבים זה בזה בנקודות שונות. קומפלקס רב-גוני כזה של מדעי ביולוגיה נובע במידה רבה מהמגוון יוצא הדופן של עולם החי.

עד כה, מדענים גילו ותיארו יותר ממיליון מינים של בעלי חיים, כחצי מיליון מינים של צמחים, כמה מאות אלפי מיני פטריות ויותר משלושת אלפים מיני חיידקים. יתרה מכך, עולם חיות הבר רחוק מלהיות נחקר במלואו. מספר המינים החיים שטרם תוארו מוערך בלפחות מיליון. חוץ מזה, כמות גדולהמינים של אורגניזמים חיים מתו מזמן. על פי נתונים מדעיים מודרניים, במשך כל הזמן של התפתחות החיים על פני כדור הארץ, היה מספר עצום של סוגים שוניםיצורים חיים - כחמש מאות מיליון.

ברור שהטבע החי הוא רמה חדשה ואיכותית גבוהה יותר של ארגון החומר, או סליל של אבולוציה עולמית, שעלה לגובה יוצא דופן בהשוואה לשלב הטבע הדומם. מהו הבדל כל כך קיצוני בין טבע חי ללא חי? באופן אינטואיטיבי, כולם מבינים מה זה חי ומה זה לא חי. עם זאת, כאשר מנסים לקבוע את מהות החיים, מתעוררים קשיים. מסתבר שהתשובה לשאלה מה הם החיים היא די קשה.

לדוגמה, ההגדרה שהציע הפילוסוף הגרמני של המאה ה-19 ידועה ברבים. פרידריך אנגלס, לפיו החיים הם דרך קיום של גופי חלבון, תכונה חשובהשהוא חילוף מתמיד של חומרים עם הטבע החיצוני שמסביב. אף על פי כן, עכבר חי, למשל, ונר בוער, מנקודת מבט פיזיקוכימית, נמצאים באותו מצב של חילוף חומרים עם הסביבה החיצונית, צורכים חמצן באופן שווה ומשחררים פחמן דו חמצני, אך במקרה אחד - כתוצאה מכך נשימה, ובאחר - בתהליך בעירה. דוגמה זו מראה שגם עצמים דוממים יכולים להחליף חומרים עם הסביבה; הָהֵן. חילוף החומרים הוא קריטריון הכרחי אך לא מספיק לקביעת חיים. אותו הדבר ניתן לומר על אופי החלבון של עצמים חיים.

לפיכך, אי אפשר להצביע רק על תכונה עיקרית או בסיסית אחת שבאמצעותה מובחנים אובייקטים של טבע חיים וטבע דומם. בגלל זה ביולוגיה מודרניתכאשר מגדיר ומתאר יצורים חיים, הוא יוצא מהצורך למנות מספר תכונות בסיסיות של אורגניזמים חיים. יחד עם זאת, מודגש כי רק מכלול המאפיינים הללו יכול לתת מושג על הפרטים של החיים. תכונות או מאפיינים אלה כוללים:

אורגניזמים חיים מאופיינים במבנה הרבה יותר מורכב מאשר גופים שאינם חיים.

כל אורגניזם מקבל אנרגיה מהסביבה כדי לשמור על פעילותו החיונית. רוב האורגניזמים משתמשים באופן ישיר או עקיף באנרגיה סולארית.

אורגניזמים חיים מגיבים באופן פעיל לסביבה. אם למשל תדחוף אבן אז היא תנוע באופן פסיבי ואם תדחף חיה היא תגיב בצורה אקטיבית: היא תברח, תתקוף, תשנה צורה וכו'. היכולת להגיב לגירויים חיצוניים היא תכונה אוניברסלית של יצורים חיים, צמחים ובעלי חיים כאחד.

יצורים חיים יכולים לא רק להשתנות, הם גם הופכים מורכבים יותר. כך, למשל, לצמח יש ענפים חדשים, ולבעל חיים יש איברים חדשים, שנבדלים זה מזה באופן משמעותי מראה חיצוני, ולפי ההתקן מאלו שילדו אותם.

כל היצורים החיים מתרבים. יתרה מכך, הצאצאים דומים להורים, ובו בזמן שונים מהם בצורה כלשהי.

הדמיון של צאצאים להורים נובע מתכונה חשובה נוספת של יצורים חיים - היכולת להעביר לצאצאים את המידע התורשתי המוטבע בהם, הכלול בגנים (מהגנוס היווני - מוצא) - החלקיקים המשולשים הקטנים והמורכבים ביותר. ממוקם בגרעינים של תאים של אורגניזמים חיים. החומר הגנטי מנחה את התפתחות האורגניזם. לכן הצאצאים דומים להורים. עם זאת, מידע תורשתי במהלך חיי האורגניזם, כמו גם במהלך ההעברה, מעוות או משתנה במקצת. בעניין זה, הצאצאים לא רק דומים להוריהם, אלא גם שונים מהם.

יצורים חיים מותאמים היטב לסביבתם. המבנה של ציפור, דג, צפרדע, תולעת אדמה תואם לחלוטין את התנאים שבהם הם חיים. לא ניתן לומר זאת על גופים דוממים: למשל, לאבן "לא אכפת" היכן היא נמצאת - היא יכולה לשכב בתחתית נהר או להתפלש בשדה, או לעוף מסביב לכדור הארץ. לוויין טבעי. עם זאת, אם נכריח, למשל, ציפור לחיות במעמקי הנהר, ודג - ביער, אז היצורים החיים האלה, כמובן, ימותו. במילים פשוטות, ההבדלים העיקריים בין יצורים חיים לדברים שאינם חיים הם שכל היצורים החיים אוכלים, נושמים, גדלים ומתרבים, בעוד שגופים דוממים אינם אוכלים, נושמים, גדלים או מתרבים.

בחיות בר, ניתן גם להבחין ברמות המבניות העיקריות, או בשלבי המורכבות. הראשון שבהם הוא הרמה המולקולרית, שהיא האובייקטים הקטנים ביותר של החיים, כלומר מולקולות ה-DNA, המכילות את המידע התורשתי של אורגניזמים חיים. הרמה הבאה היא סלולרית, ואחריה איבר-רקמה ו רמות האורגניזם. בהמשך מגיעות הרמות הספציפיות לאוכלוסיה והביו-גיאוקנוטיות, או רמות המערכת האקולוגית. Biogeocenosis (מערכת אקולוגית) היא חלקה של כדור הארץ עם כל האורגניזמים החיים המאכלסים אותה, ובית הגידול הדומם שלהם; במילים אחרות, עם כל המרכיבים של הטבע החי והדומם שלו. דוגמאות לביו-גאוצנוזות, או מערכות אקולוגיות, הן יער, אגם, שדה וכו'. השלב האחרון בהיררכיה של רמות הארגון של העולם החי הוא הביוספירה, שהיא מכלול היצורים החיים של כדור הארץ יחד עם סביבתם הטבעית.

המולקולות המרכיבות אורגניזמים חיים מצייתות לכל חוקי הכימיה הידועים, אך בנוסף, הן מקיימות אינטראקציה זו עם זו בהתאם למערכת עקרונות אחרת, שניתן לתת. שם נפוץ- היגיון מולקולרי של המצב החי. עקרונות אלה לא תמיד מייצגים כמה חוקים או כוחות פיזיקליים חדשים, שלא היו ידועים עד כה. הם צריכים להיחשב יותר דומים מערכת מיוחדתסדירות המאפיינת את הטבע, התפקודים והאינטראקציה של ביו-מולקולות, כלומר, מולקולות כאלה שהן חלק מאורגניזמים חיים.

כל היצורים החיים מכילים מקרומולקולות אורגניות שנבנו על פי תוכנית כללית. רוב המרכיבים הכימיים של אורגניזמים חיים הם תרכובות אורגניות, כלומר תרכובות פחמן שבהן אטומי פחמן קשורים באופן קוולנטי לאטומי פחמן אחרים, כמו גם לאטומי מימן, חמצן וחנקן. חומר חי מורכב ממגוון רחב של תרכובות אורגניות, שרבות מהן מולקולות גדולות ומורכבות במיוחד. אפילו תאי החיידק הפשוטים והקטנים ביותר מכילים מספר רב מאוד של מולקולות אורגניות שונות. למשל, בתא חיידקי אי קולי(E. coli נפוץ) ישנם כ-5000 סוגים שוניםתרכובות אורגניות, כולל 3,000 חלבונים שונים ו-1,000 סוגים שונים של חומצות גרעין.

חלבונים וחומצות גרעין הן מולקולות גדולות ומורכבות מאוד (מקרומולקולות), המבנה המדויק של רק מעט מהן ידוע. בגוף האדם המורכב הרבה יותר, ישנם כ-5,000,000 סוגים של מולקולות חלבון. למעשה, כל מין של יצורים חיים מכיל קבוצה משלו של חלבונים וחומצות גרעין, וכמעט כולם מובחנים בבירור מחלבונים וחומצות גרעין השייכות למין אחר. מכיוון שיש כ-10 מיליון מינים של אורגניזמים חיים, קל לחשב שכל המינים האלה ביחד צריכים להכיל, לכל הפחות, 1011 חלבונים שונים וכמעט באותה מידה של חומצות גרעין שונות. עם זאת, באופן פרדוקסלי, כל המגוון העצום של מולקולות אורגניות באורגניזמים חיים מסתכם בתמונה פשוטה למדי. הסיבה לכך היא שכל המקרומולקולות בתא מורכבות מכמה סוגים של מולקולות פשוטות וקטנות המשמשות כאבני בניין, המקושרות לשרשראות ארוכות המכילות בין 50 לאלפים רבים של יחידות.

מולקולות ארוכות דמויות שרשרת של חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA) בנויות מארבעה סוגים בלבד של אבני בניין - דאוקסיריבונוקלאוטידים, המסודרים ברצף מסוים. חלבונים הם שרשראות המורכבות מ-20 חומצות אמינו שונות המקושרות זו לזו באופן קוולנטי - תרכובות אורגניות במשקל מולקולרי נמוך בעלות מבנה ידוע. חומצות אמינו אלו יכולות להיות מסודרות במגוון רחב של רצפים ויוצרות מגוון עצום של חלבונים, בדיוק כמו 33 אותיות האלפבית המסודרות ב סדר מסוים, מרכיבים מספר כמעט בלתי מוגבל של מילים, משפטים ואפילו ספרים. יתרה מכך, ארבעת הנוקלאוטידים המרכיבים את כל חומצות הגרעין ו-20 חומצות האמינו המרכיבות את כל החלבונים זהים בכל האורגניזמים, כולל בעלי חיים, צמחים ומיקרואורגניזמים. עובדה זו מעידה באופן משכנע על העובדה שכל היצורים החיים צאצאים מאב קדמון משותף.

עבור מולקולות פשוטות, שמהן בנויות כל המקרומולקולות, אופיינית עוד תכונה יוצאת דופן. זה מורכב מהעובדה שכל אחד מהם מבצע כמה פונקציות בתא בבת אחת. חומצות אמינו שונות משמשות לא רק כאבני הבניין של חלבונים, אלא גם כמבשרים להורמונים, אלקלואידים, פיגמנטים וביומולקולות רבות אחרות. נוקלאוטידים משמשים לא רק כאבני בניין של חומצות גרעין, אלא גם כקו-אנזימים ונושאי אנרגיה. באורגניזמים חיים, בדרך כלל אין תרכובות שאינן ממלאות תפקיד כלשהו, ​​אם כי תפקידיהן של חלק מהביומולקולות עדיין לא ידועות לנו. בהתבסס על כל השיקולים הללו, ניתן לגבש מספר עקרונות של ההיגיון המולקולרי של החיים: המבנה של מקרומולקולות ביולוגיות פשוט בבסיסו. כל האורגניזמים החיים מורכבים מאותן מולקולות המשמשות כאבני בניין, המעידות על מקורן מאב קדמון משותף. זהות האורגניזמים מכל מין נשמרת בשל נוכחותם של קבוצה של חומצות גרעין וחלבונים המיוחדים רק לו. כל הביו-מולקולות מבצעות פונקציות ספציפיות בתאים.