چنین سطوحی از سازماندهی ماده زنده وجود دارد - سطوح سازمان بیولوژیکی: مولکولی، سلولی، بافت، اندام، ارگانیسم، جمعیت-گونه و اکوسیستم.

سطح مولکولی سازمان- این سطح عملکرد ماکرومولکول های بیولوژیکی است - بیوپلیمرها: اسیدهای نوکلئیک، پروتئین ها، پلی ساکاریدها، لیپیدها، استروئیدها. از این سطح، مهمترین فرآیندهای زندگی آغاز می شود: متابولیسم، تبدیل انرژی، انتقال اطلاعات ارثی. این سطح مورد مطالعه قرار می گیرد: بیوشیمی، ژنتیک مولکولی، زیست شناسی مولکولی، ژنتیک، بیوفیزیک.

سطح سلولی- این سطح سلول ها است (سلول های باکتری ها، سیانوباکتری ها، حیوانات تک سلولی و جلبک ها، قارچ های تک سلولی، سلول های موجودات چند سلولی). سلول یک واحد ساختاری از موجودات زنده، یک واحد عملکردی، یک واحد رشد است. این سطح توسط سیتولوژی، سیتوشیمی، سیتوژنتیک و میکروبیولوژی مورد مطالعه قرار می گیرد.

سطح سازماندهی بافت- این سطحی است که در آن ساختار و عملکرد بافت ها مورد مطالعه قرار می گیرد. این سطح توسط بافت شناسی و هیستوشیمی مورد مطالعه قرار می گیرد.

سطح ارگان سازمان- این سطح اندام های موجودات چند سلولی است. آناتومی، فیزیولوژی و جنین شناسی این سطح را مطالعه می کنند.

سطح ارگانیسمی سازمان- این سطح موجودات تک سلولی، استعماری و چند سلولی است. ویژگی سطح ارگانیسمی این است که در این سطح رمزگشایی و اجرای اطلاعات ژنتیکی رخ می دهد و ویژگی های ذاتی در افراد یک گونه مشخص می شود. این سطح توسط مورفولوژی (آناتومی و جنین شناسی)، فیزیولوژی، ژنتیک و دیرینه شناسی مورد مطالعه قرار می گیرد.

سطح جمعیت-گونه- این سطح مجموع افراد است - جمعیت هاو گونه ها. این سطح توسط سیستماتیک، طبقه بندی، بوم شناسی، جغرافیای زیستی، ژنتیک جمعیت. در این سطح، ژنتیک و ویژگی های اکولوژیکی جمعیت ها، ابتدایی عوامل تکاملیو تاثیر آنها بر استخر ژن (ریز تکامل)، مشکل حفاظت از گونه ها.

سطح سازماندهی اکوسیستم- این سطح میکرواکوسیستم ها، مزواکوسیستم ها، اکوسیستم های کلان است. در این سطح انواع تغذیه، انواع روابط بین موجودات و جمعیت ها در اکوسیستم مورد مطالعه قرار می گیرد. میزان جمعیتپویایی جمعیت، تراکم جمعیت، بهره وری اکوسیستم، جانشینی. این سطح به مطالعه اکولوژی می پردازد.

نیز متمایز شده است سطح سازمان بیوسفرماده زنده بیوسفر یک اکوسیستم غول پیکر است که بخشی از پوشش جغرافیایی زمین را اشغال می کند. این یک اکوسیستم بزرگ است. در بیوسفر گردش مواد و عناصر شیمیایی و همچنین تبدیل انرژی خورشیدی وجود دارد.

2. خواص اساسی ماده زنده

متابولیسم (متابولیسم)

متابولیسم (متابولیسم) مجموعه ای از دگرگونی های شیمیایی است که در سیستم های زنده رخ می دهد که فعالیت حیاتی، رشد، تولید مثل، توسعه، حفظ خود، تماس دائمی با محیط و توانایی سازگاری با آن و تغییرات آن را تضمین می کند. در طی فرآیند متابولیک، مولکول های تشکیل دهنده سلول ها شکسته و سنتز می شوند. تشکیل، تخریب و تجدید ساختارهای سلولی و مواد بین سلولی. متابولیسم بر اساس فرآیندهای مرتبط با هم جذب (آنابولیسم) و تجزیه (کاتابولیسم) است. جذب - فرآیندهای سنتز مولکول های پیچیده از مولکول های ساده با صرف انرژی ذخیره شده در حین تجزیه (و همچنین انباشت انرژی در هنگام رسوب مواد سنتز شده). دیسیمیلاسیون فرآیند تجزیه (بی هوازی یا هوازی) ترکیبات آلی پیچیده است که با آزاد شدن انرژی لازم برای عملکرد بدن اتفاق می افتد. برخلاف اجسام طبیعت بی جان، مبادله با محیط برای موجودات زنده شرط وجود آنهاست. در این حالت خود نوسازی اتفاق می افتد. فرآیندهای متابولیکی که در داخل بدن اتفاق می‌افتند، توسط واکنش‌های شیمیایی که دقیقاً در زمان و مکان مرتب می‌شوند، در آبشارها و چرخه‌های متابولیکی ترکیب می‌شوند. وقوع هماهنگ تعداد زیادی از واکنش ها در حجم کم از طریق توزیع منظم واحدهای متابولیک منفرد در سلول (اصل تقسیم بندی) به دست می آید. فرآیندهای متابولیک با کمک کاتالیزورهای زیستی - پروتئین های آنزیمی ویژه تنظیم می شوند. هر آنزیم دارای ویژگی سوبسترای برای کاتالیز کردن تبدیل تنها یک سوبسترا است. این ویژگی مبتنی بر نوعی "تشخیص" سوبسترا توسط آنزیم است. کاتالیز آنزیمی از کاتالیز غیر بیولوژیکی در راندمان بسیار بالا متفاوت است، در نتیجه سرعت واکنش مربوطه 1010 - 1013 برابر افزایش می یابد. هر مولکول آنزیم قادر است از چندین هزار تا چند میلیون عملیات در دقیقه انجام دهد، بدون اینکه در طول شرکت در واکنش ها از بین برود. یکی دیگر از تفاوت های مشخصه بین آنزیم ها و کاتالیزورهای غیر بیولوژیکی این است که آنزیم ها قادر به تسریع واکنش ها در شرایط عادی (فشار اتمسفر، دمای بدن و غیره) هستند. همه موجودات زنده را می توان به دو گروه تقسیم کرد - اتوتروف ها و هتروتروف ها، که در منابع انرژی و مواد لازم برای زندگی آنها متفاوت است. اتوتروف ها موجوداتی هستند که از مواد معدنی سنتز می شوند ترکیبات آلیارگانیسم‌های اتوتروف با استفاده از انرژی نور خورشید (فتوسنتزی‌ها - گیاهان سبز، جلبک‌ها، برخی باکتری‌ها) یا انرژی حاصل از اکسیداسیون یک بستر معدنی (شیمی‌سینتتیک - گوگرد، باکتری‌های آهن و برخی دیگر)، می‌توانند تمام اجزای سلول را سنتز کنند. نقش اتوتروف های فتوسنتزی در طبیعت تعیین کننده است - آنها به عنوان تولید کننده اصلی مواد آلی در بیوسفر، وجود همه موجودات دیگر و سیر چرخه های بیوژئوشیمیایی را در چرخه مواد روی زمین تضمین می کنند. هتروتروف ها (همه جانوران، قارچ ها، اکثر باکتری ها، برخی از گیاهان غیرکلروفیل) موجوداتی هستند که برای وجود خود به مواد آماده نیاز دارند. مواد آلیآه، که وقتی به عنوان غذا عرضه می شود، هم به عنوان منبع انرژی و هم به عنوان یک "مصالح ساختمانی" ضروری عمل می کند. یک ویژگی مشخصه هتروتروف ها وجود آمفیبولیسم است، یعنی. فرآیند تشکیل مولکول های آلی کوچک (مونومر) که در طول هضم غذا (فرایند تخریب بسترهای پیچیده) تشکیل می شود. چنین مولکولی - مونومرها - برای جمع آوری ترکیبات آلی پیچیده خود استفاده می شود.

بازتولید خود (تکثیر)

توانایی تولید مثل (تکثیر نوع خود، خود تولید مثل) یکی از ویژگی های اساسی موجودات زنده است. تولید مثل برای اطمینان از تداوم وجود گونه ها ضروری است، زیرا طول عمر یک موجود زنده محدود است. تولیدمثل بیش از آن که خسارات ناشی از مرگ طبیعی افراد را جبران کند، و در نتیجه حفظ گونه در طول نسل‌های مختلف افراد را حفظ می‌کند. در روند تکامل موجودات زنده، تکامل روش های تولید مثل رخ داد. بنابراین، در حال حاضر موجود متعدد و متنوع است انواع متفاوتدر موجودات زنده اشکال مختلفی از تولید مثل را می یابیم. بسیاری از گونه های موجودات زنده چندین روش تولید مثل را با هم ترکیب می کنند. لازم است دو نوع اساساً متفاوت از تولیدمثل موجودات را متمایز کرد - غیرجنسی (نوع تولید مثل اولیه و قدیمی تر) و جنسی. در فرآیند تولید مثل غیرجنسی، یک فرد جدید از یک یا گروهی از سلول ها (در موجودات چند سلولی) ارگانیسم مادری تشکیل می شود. در تمام اشکال تولید مثل غیرجنسی، فرزندان دارای ژنوتیپ (مجموعه ای از ژن ها) مشابه ژنوتیپ مادری هستند. در نتیجه، همه فرزندان یک ارگانیسم مادری از نظر ژنتیکی همگن هستند و افراد دختر دارای مجموعه ای از ویژگی های یکسان هستند. در تولید مثل جنسی، یک فرد جدید از یک زیگوت ایجاد می شود که از ادغام دو سلول زایای تخصصی (فرایند لقاح) تولید شده توسط دو ارگانیسم والد تشکیل می شود. هسته در زیگوت شامل مجموعه ای از کروموزوم های ترکیبی است که در نتیجه ترکیب مجموعه ای از کروموزوم های هسته های گامت ذوب شده تشکیل شده است. در هسته زیگوت، ترکیب جدیدی از تمایلات ارثی (ژن ها) که به طور مساوی توسط هر دو والدین معرفی شده اند، ایجاد می شود. و ارگانیسم دختری که از زیگوت رشد می کند ترکیب جدیدی از ویژگی ها خواهد داشت. به عبارت دیگر، در طی تولید مثل جنسی، یک شکل ترکیبی از تنوع ارثی موجودات رخ می دهد که سازگاری گونه ها با شرایط محیطی متغیر را تضمین می کند و یک عامل اساسی در تکامل را نشان می دهد. این یک مزیت قابل توجه تولید مثل جنسی در مقایسه با تولید مثل غیرجنسی است. توانایی موجودات زنده برای تولید مثل بر اساس خاصیت منحصر به فرد اسیدهای نوکلئیک برای تولید مثل و پدیده سنتز ماتریکس است که زمینه ساز تشکیل اسید نوکلئیک و مولکول های پروتئینی است. خود تولید مثل در سطح مولکولی هم اجرای متابولیسم در سلول ها و هم خود تولید مثل خود سلول ها را تعیین می کند. تقسیم سلولی (تولید خود سلولی) زمینه ساز رشد فردی ارگانیسم های چند سلولی و تولید مثل همه موجودات است. تولیدمثل موجودات، تولید مثل خود همه گونه های ساکن زمین را تضمین می کند، که به نوبه خود وجود بیوژئوسنوزها و بیوسفر را تعیین می کند.

وراثت و تنوع

وراثت تداوم مادی (جریان اطلاعات ژنتیکی) را بین نسل های موجودات فراهم می کند. ارتباط نزدیکی با تولید مثل در سطوح مولکولی، درون سلولی و سلولی دارد. اطلاعات ژنتیکی که تنوع صفات ارثی را تعیین می کند در ساختار مولکولی DNA (در RNA برای برخی ویروس ها) رمزگذاری شده است. ژن ها اطلاعات مربوط به ساختار پروتئین های سنتز شده، آنزیمی و ساختاری را رمزگذاری می کنند. کد ژنتیکی سیستمی برای "ثبت" اطلاعات در مورد توالی اسیدهای آمینه در پروتئین های سنتز شده با استفاده از توالی نوکلئوتیدها در مولکول DNA است. مجموعه تمام ژن های موجودات زنده را ژنوتیپ و به مجموعه ویژگی ها فنوتیپ می گویند. فنوتیپ هم به ژنوتیپ و هم به عوامل محیطی داخلی و خارجی بستگی دارد که بر فعالیت ژن تأثیر می گذارد و فرآیندهای منظم را تعیین می کند. ذخیره و انتقال اطلاعات ارثی در همه موجودات با کمک اسیدهای نوکلئیک انجام می شود؛ کد ژنتیکی برای همه موجودات زنده روی زمین یکسان است. جهانی است. به لطف وراثت، صفاتی از نسلی به نسل دیگر منتقل می شود که سازگاری موجودات را با محیط خود تضمین می کند. اگر در حین تولید مثل موجودات فقط تداوم علائم و ویژگی های موجود آشکار می شد، پس در شرایط تغییر شرایط محیطی، وجود موجودات غیرممکن خواهد بود، زیرا شرط لازم برای زندگی موجودات، سازگاری آنها با شرایط آنها است. محیط. تنوع در تنوع موجودات متعلق به یک گونه وجود دارد. تنوع می تواند در ارگانیسم های منفرد در طول رشد فردی آنها یا در یک گروه از موجودات در طی یک سری از نسل ها در طول تولیدمثل رخ دهد. دو شکل اصلی تنوع وجود دارد که در مکانیسم های وقوع، ماهیت تغییرات در ویژگی ها و در نهایت اهمیت آنها برای وجود موجودات زنده - ژنوتیپی (ارثی) و اصلاح (غیر ارثی) متفاوت است. تنوع ژنوتیپی با تغییر در ژنوتیپ همراه است و منجر به تغییر در فنوتیپ می شود. تنوع ژنوتیپی ممکن است بر اساس جهش (تنوع جهش) یا ترکیبات جدیدی از ژن ها باشد که در طی فرآیند لقاح در طی تولید مثل جنسی ایجاد می شود. در شکل جهش، تغییرات در درجه اول با خطا در طول تکثیر اسیدهای نوکلئیک همراه است. بنابراین، ژن های جدیدی ظاهر می شوند که حامل اطلاعات ژنتیکی جدید هستند. نشانه های جدید ظاهر می شود و اگر شخصیت‌های تازه در حال ظهور در شرایط خاص برای ارگانیسم مفید باشند، آنها توسط انتخاب طبیعی "برداشته" و "تثبیت" می‌شوند. بنابراین، سازگاری موجودات با شرایط محیطی، تنوع موجودات مبتنی بر تنوع ارثی (ژنوتیپی) است و پیش‌شرط‌هایی برای تکامل مثبت ایجاد می‌شود. با تنوع غیر ارثی (اصلاح کننده)، تغییرات در فنوتیپ تحت تأثیر عوامل محیطی رخ می دهد و با تغییرات در ژنوتیپ ارتباطی ندارد. تغییرات (تغییر در ویژگی ها در طول تغییرپذیری اصلاح) در محدوده هنجار واکنش، که تحت کنترل ژنوتیپ است، رخ می دهد. تغییرات به نسل های بعدی منتقل نمی شود. اهمیت تغییرپذیری اصلاح در این است که سازگاری ارگانیسم را با عوامل محیطی در طول زندگی تضمین می کند.

رشد فردی موجودات

همه موجودات زنده فرآیندی دارند توسعه فردی- آنتوژنز به طور سنتی، انتوژنی به عنوان فرآیند رشد فردی یک ارگانیسم چند سلولی (که در نتیجه تولید مثل جنسی شکل می گیرد) از لحظه تشکیل زیگوت تا مرگ طبیعی فرد درک می شود. به دلیل تقسیم زیگوت و نسل های بعدی سلول ها، یک ارگانیسم چند سلولی تشکیل می شود که از تعداد زیادی از انواع مختلف سلول ها، بافت ها و اندام های مختلف تشکیل شده است. توسعه یک ارگانیسم مبتنی بر یک "برنامه ژنتیکی" (جاسازی شده در ژن های کروموزوم های زیگوت) است و در شرایط محیطی خاص انجام می شود که به طور قابل توجهی بر روند اجرای اطلاعات ژنتیکی در طول وجود فردی یک فرد تأثیر می گذارد. شخصی. در مراحل اولیه رشد فردی، رشد شدید (افزایش جرم و اندازه) رخ می دهد که ناشی از تولید مثل مولکول ها، سلول ها و سایر ساختارها و تمایز است. ظهور تفاوت در ساختار و پیچیدگی عملکردها. در تمام مراحل انتوژنز، عوامل مختلف محیطی (دما، گرانش، فشار، ترکیب مواد غذایی از نظر محتوای عناصر شیمیایی و ویتامین ها، عوامل مختلف فیزیکی و شیمیایی) تأثیر تنظیمی قابل توجهی بر رشد بدن دارند. مطالعه نقش این عوامل در فرآیند رشد فردی حیوانات و انسان ها از اهمیت عملی بالایی برخوردار است و با تشدید تأثیرات انسان زایی بر طبیعت افزایش می یابد. که در مناطق مختلفدر زیست شناسی، پزشکی، دامپزشکی و سایر علوم، تحقیقات به طور گسترده ای برای مطالعه فرآیندهای رشد طبیعی و پاتولوژیک موجودات و برای روشن کردن الگوهای انتوژنز انجام می شود.

تحریک پذیری

یکی از ویژگی های جدایی ناپذیر موجودات زنده و همه سیستم های زنده تحریک پذیری است - توانایی درک محرک های خارجی یا داخلی (تأثیرات) و پاسخ مناسب به آنها. در موجودات، تحریک پذیری با مجموعه ای از تغییرات همراه است که در تغییرات متابولیسم بیان می شود. پتانسیل الکتریکیبر روی غشای سلولی، پارامترهای فیزیکی و شیمیایی در سیتوپلاسم سلول‌ها، در واکنش‌های حرکتی و حیوانات بسیار سازمان‌یافته با تغییراتی در رفتارشان مشخص می‌شوند.

4. جزم مرکزی زیست شناسی مولکولی- یک قانون کلی برای اجرای اطلاعات ژنتیکی مشاهده شده در طبیعت: اطلاعات از منتقل می شود اسیدهای نوکلئیکبه سنجاب، اما نه در جهت مخالف. قانون تدوین شد فرانسیس کریک V 1958 سال و با داده های انباشته شده در آن زمان مطابقت داشت 1970 سال انتقال اطلاعات ژنتیکی از DNAبه RNAو از RNA به سنجاببرای همه موجودات سلولی بدون استثنا جهانی است؛ زیربنای بیوسنتز ماکرومولکول ها است. همانندسازی ژنوم مربوط به انتقال اطلاعات DNA → DNA است. در طبیعت، انتقال RNA → RNA و RNA → DNA (به عنوان مثال، در برخی از ویروس ها) و همچنین تغییرات وجود دارد. ساختارپروتئین هایی که از مولکولی به مولکول دیگر منتقل می شوند.

روش های جهانی انتقال اطلاعات بیولوژیکی

در موجودات زنده سه نوع ناهمگن وجود دارد، یعنی متشکل از مونومرهای پلیمری مختلف - DNA، RNA و پروتئین. اطلاعات را می توان به 9 روش 3×3 بین آنها منتقل کرد. دگم مرکزی این 9 نوع انتقال اطلاعات را به سه گروه تقسیم می کند:

عمومی - در اکثر موجودات زنده یافت می شود.

ویژه - به عنوان یک استثنا، در ویروس هاو در عناصر ژنوم متحرکیا تحت شرایط بیولوژیکی آزمایش;

ناشناخته - یافت نشد.

همانندسازی DNA (DNA → DNA)

DNA راه اصلی انتقال اطلاعات بین نسل های موجودات زنده است، بنابراین تکثیر (تکثیر) دقیق DNA بسیار مهم است. همانندسازی توسط مجموعه ای از پروتئین ها انجام می شود که باز می شوند کروماتین، سپس یک مارپیچ دوتایی. پس از این، DNA پلیمراز و پروتئین های مرتبط با آن یک کپی یکسان روی هر یک از دو زنجیره می سازند.

رونویسی (DNA → RNA)

رونویسی یک فرآیند بیولوژیکی است که در نتیجه آن اطلاعات موجود در بخشی از DNA بر روی مولکول سنتز شده کپی می شود. RNA پیام رسان. رونویسی انجام می شود عوامل رونویسیو RNA پلیمراز. که در سلول یوکاریوتیرونوشت اولیه (pre-mRNA) اغلب ویرایش می شود. این فرآیند نامیده می شود پیوند دادن.

ترجمه (RNA → پروتئین)

mRNA بالغ خوانده می شود ریبوزوم هادر طول فرآیند پخش که در پروکاریوتیدر سلول ها، فرآیندهای رونویسی و ترجمه به صورت مکانی از هم جدا نیستند و این فرآیندها با هم جفت می شوند. که در یوکاریوتیمحل سلول رونویسی هسته سلولیجدا از محل پخش ( سیتوپلاسم) غشای هسته ایبنابراین mRNA از هسته منتقل می شودبه سیتوپلاسم mRNA توسط ریبوزوم به شکل سه خوانده می شود نوکلئوتید"کلمات". مجتمع ها عوامل شروعو عوامل افزایش طولآمینواسیله شده را تحویل دهید انتقال RNA هابه کمپلکس mRNA-ریبوزوم.

5. رونویسی معکوسفرآیند تشکیل یک دو رشته ای است DNAروی یک ماتریس تک رشته ای RNA. این فرآیند نامیده می شود معکوسرونویسی، زیرا انتقال اطلاعات ژنتیکی در جهت "معکوس" نسبت به رونویسی رخ می دهد.

ایده رونویسی معکوس در ابتدا بسیار نامحبوب بود زیرا در تضاد بود جزم اصلی زیست شناسی مولکولی، که نشان می دهد که DNA رونویسی کردبه RNA و فراتر از آن پخشبه پروتئین ها موجود در رتروویروس ها، مثلا، اچ‌آی‌ویو در صورت رتروترانسپوزون ها.

ترانسدوشن(از جانب لات انتقال- حرکت) - فرآیند انتقال باکتریایی DNAاز یک سلول به سلول دیگر باکتریوفاژ. انتقال عمومی در ژنتیک باکتریایی استفاده می شود نقشه برداری ژنومو طراحی فشارها. هم فاژهای معتدل و هم فاژهای بدخیم قادر به انتقال هستند، اما دومی جمعیت باکتری را از بین می برد، بنابراین انتقال با کمک آنها هیچ تأثیری ندارد. واجد اهمیت زیادنه در طبیعت و نه در حین تحقیق.

مولکول DNA ناقل یک مولکول DNA است که به عنوان یک حامل عمل می کند. مولکول حامل باید تعدادی ویژگی داشته باشد:

توانایی تکثیر مستقل در یک سلول میزبان (معمولاً باکتری یا مخمر)

وجود یک نشانگر انتخابی

در دسترس بودن سایت های محدودیت مناسب

پلاسمیدهای باکتریایی اغلب به عنوان ناقل عمل می کنند.

سخت ترین چیز در زندگی سادگی است.

آ. کونی

ترکیب عنصری ارگانیسم ها

سطح مولکولی سازمان زندگی

- این سطحی از سازمان است که ویژگی های آن توسط عناصر و مولکول های شیمیایی و مشارکت آنها در فرآیندهای تبدیل مواد، انرژی و اطلاعات تعیین می شود.استفاده از رویکرد ساختاری-کارکردی برای درک زندگی در این سطح از سازمان به ما امکان می دهد تا اجزاء و فرآیندهای ساختاری اصلی را که نظم ساختاری و عملکردی سطح را تعیین می کنند، شناسایی کنیم.

سازماندهی ساختاری در سطح مولکولی. اجزای اولیه ساختاری سطح مولکولی سازمان زندگی هستند عناصر شیمیایی به عنوان انواع جداگانه ای از اتم ها، و به یکدیگر متصل نیستند و دارای ویژگی های خاص خود هستند. توزیع عناصر شیمیایی در بیوسیستم ها دقیقاً با این ویژگی ها تعیین می شود و در درجه اول به بزرگی بار هسته ای بستگی دارد. علمی که به مطالعه توزیع عناصر شیمیایی و اهمیت آنها برای سیستم های بیولوژیکی می پردازد بیوژئوشیمیبنیانگذار این علم دانشمند برجسته اوکراینی وی. آی. ورنادسکی بود که ارتباط بین طبیعت زنده و طبیعت غیرزنده را از طریق جریان بیوژنیک اتم ها و مولکول ها در اجرای عملکردهای اساسی زندگی آنها کشف و توضیح داد.

عناصر شیمیایی با یکدیگر ترکیب می شوند و تشکیل می شوند ترکیبات معدنی پیچیده را بخشید،که همراه با مواد آلی، اجزای مولکولی سطح مولکولی سازمان هستند. مواد ساده (اکسیژن، نیتروژن، فلزات و غیره) توسط اتم های ترکیب شیمیایی یک عنصر تشکیل می شوند، و مواد پیچیده(اسیدها، نمکها و غیره) از اتمهای عناصر شیمیایی مختلف تشکیل شده است.

از مواد معدنی ساده و پیچیده در سیستم های بیولوژیکی تشکیل می شود اتصالات میانی(به عنوان مثال، استات، کتو اسیدها)، که مواد آلی ساده را تشکیل می دهند، یا زیست مولکول های کوچکاینها اول از همه چهار دسته از مولکولها هستند - اسید چربمونوساکاریدها، آمینو اسیدها و نوکلئوتیدها. آنها بلوک های ساختمانی نامیده می شوند زیرا برای ساخت مولکول های زیرسطح سلسله مراتبی بعدی استفاده می شوند. زیست مولکول های ساده ساختاری به روش های مختلف با یکدیگر ترکیب می شوند پیوندهای کووالانسی، تشکیل درشت مولکول هااینها شامل طبقات مهمی مانند لیپیدها، پروتئین ها، الیگو و پلی ساکاریدها و اسیدهای نوکلئیک هستند.

در سیستم‌های بیولوژیکی، ماکرومولکول‌ها را می‌توان از طریق برهمکنش‌های غیرکووالانسی با یکدیگر ترکیب کرد کمپلکس های فوق مولکولیبه آنها کمپلکس های بین مولکولی یا مجموعه های مولکولی یا بیوپلیمرهای پیچیده (مثلا آنزیم های پیچیده، پروتئین های پیچیده) نیز می گویند. در بالاترین سطح سازماندهی سلولی، کمپلکس های فوق مولکولی با تشکیل اندامک های سلولی ترکیب می شوند.

بنابراین، سطح مولکولی با یک سلسله مراتب ساختاری مشخص مشخص می شود سازمان مولکولی: عناصر شیمیایی - ترکیبات معدنی ساده و پیچیده - واسطه ها - مولکول های آلی کوچک - ماکرومولکول ها - کمپلکس های فوق مولکولی

سطح مولکولی سازمان زندگی
اجزای اصلی تعیین کننده فضایی (ساختاری) نظم و ترتیب	فرآیندهای اصلی که زمان را تعیین می کنند (کاربردی) نظم و ترتیب
1. اجزای شیمیایی اولیه: ارگانوژن ها؛ عناصر کلان؛ ریز عناصر؛ الترا میکروالمان ها 2. اجزای شیمیایی مولکولی: مولکول های معدنی ساده (02 Ν2، فلزات) مولکول های معدنی پیچیده (آب، نمک ها، اسیدها، قلیاها، اکسیدها و غیره) مولکول های آلی کوچک (اسیدهای چرب، اسیدهای آمینه، مونوساکاریدها، نوکلئوتیدها) ماکرومولکول ها (لیپیدها، پروتئین ها، الیگو و پلی ساکاریدها، اسیدهای نوکلئیک) کمپلکس های سوپرامولکولی	1. فرآیندهای تبدیل مواد. 2. فرآیندهای تبدیل انرژی. 3. فرآیندهای تبدیل اطلاعات ارثی

سازماندهی عملکردی در سطح مولکولی . سطح مولکولی سازماندهی طبیعت زنده تعداد زیادی از موارد مختلف را ترکیب می کند واکنش های شیمیایی، که ترتیب آن را به موقع تعیین می کنند. واکنش های شیمیایی پدیده هایی هستند که در آن برخی از مواد با ترکیب و خواص معین به مواد دیگر تبدیل می شوند. - با ترکیبی متفاوت و خواص متفاوت.واکنش‌های بین عناصر و مواد معدنی مختص موجودات زنده نیست، آنچه مختص حیات است، ترتیب خاصی از این واکنش‌ها، توالی و ترکیب آن‌ها در یک سیستم یکپارچه است. طبقه بندی های مختلفی از واکنش های شیمیایی وجود دارد. بر اساس تغییرات در مقدار مواد اولیه و نهایی، 4 نوع واکنش متمایز می شود: پیام ها، تجزیه، تبادلو تعویض هابسته به مصرف انرژی، آنها را تخصیص می دهند گرمازا(انرژی آزاد می شود) و گرماگیر(انرژی جذب می شود). ترکیبات آلی همچنین قادر به تبدیل‌های شیمیایی مختلفی هستند که می‌توانند بدون تغییر در اسکلت کربن یا با تغییرات انجام شوند. واکنش بدون تغییر اسکلت کربنواکنش های جایگزینی، افزودن، حذف، ایزومریزاسیون هستند. به واکنش با تغییرات در اسکلت کربنواکنش ها شامل طویل شدن زنجیره، کوتاه شدن زنجیره، ایزومریزاسیون زنجیره، چرخه شدن زنجیره، باز شدن حلقه، انقباض حلقه و انبساط حلقه است. اکثریت قریب به اتفاق واکنش ها در بیوسیستم ها آنزیمی هستند و مجموعه ای به نام متابولیسم را تشکیل می دهند. انواع اصلی واکنش های آنزیمی ردوکس، انتقال، هیدرولیز، تجزیه غیر هیدرولیتیک، ایزومریزاسیون و سنتز.در سیستم های بیولوژیکی بین مولکول های آلیواکنش های پلیمریزاسیون، تراکم، سنتز ماتریس، هیدرولیز، کاتالیز بیولوژیکی و غیره نیز می تواند رخ دهد.بیشتر واکنش های بین ترکیبات آلی مختص طبیعت زنده است و نمی تواند در طبیعت غیر زنده رخ دهد.

علومی که سطح مولکولی را مطالعه می کنند. علوم اصلی که در سطح مولکولی مطالعه می کنند بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی هستند. بیوشیمی - علم ذات پدیده های زندگیو اساس آنها متابولیسم است و توجه زیست شناسی مولکولی، برخلاف بیوشیمی، عمدتاً بر مطالعه ساختار و عملکرد پروتئین ها متمرکز است.

بیوشیمی - علمی که به مطالعه ترکیب شیمیایی موجودات، ساختار، خواص، اهمیت ترکیبات شیمیایی موجود در آنها و دگرگونی های آنها در فرآیند متابولیسم می پردازد.اصطلاح "بیوشیمی" برای اولین بار در سال 1882 مطرح شد، اما اعتقاد بر این است که پس از کار شیمیدان آلمانی K. Neuberg در سال 1903 استفاده گسترده ای از آن به دست آمد. بیوشیمی به عنوان یک علم مستقل در نیمه دوم قرن 19 شکل گرفت. به لطف فعالیت های علمی بیوشیمی دانان مشهوری مانند A. M. Butlerov، F. Wehler، F. Misherom، A. Ya. Danilevsky، J. Liebig، L. Pasteur، E. Buchner، K. A. Timiryazev، M. I. Lunin و دیگران. بیوشیمی مدرن، همراه با زیست شناسی مولکولی، شیمی بیو ارگانیک، بیوفیزیک، میکروبیولوژی، مجموعه واحدی از علوم مرتبط - زیست شناسی فیزیکی و شیمیایی را تشکیل می دهند که به مطالعه فیزیکی و پایه های شیمیاییماده زنده یکی از وظایف کلی بیوشیمی ایجاد مکانیسم های عملکرد بیوسیستم ها و تنظیم فعالیت سلولی است که وحدت متابولیسم و ​​انرژی را در بدن تضمین می کند.

زیست شناسی مولکولی - علمی که فرآیندهای بیولوژیکی را در سطح اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها و ساختارهای فوق مولکولی آنها مطالعه می کند.تاریخ پیدایش زیست شناسی مولکولی به عنوان یک علم مستقل، سال 1953 در نظر گرفته می شود، زمانی که F. Crick و J. Watson، بر اساس داده های بیوشیمیایی و تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس، مدلی از ساختار سه بعدی DNA را ارائه کردند. که به آن مارپیچ دوگانه می گفتند. از مهمترین شاخه های این علم می توان به ژنتیک مولکولی، ویروس شناسی مولکولی، آنزیم شناسی، انرژی زیستی، ایمونولوژی مولکولی و زیست شناسی رشد مولکولی اشاره کرد. وظایف اساسی زیست‌شناسی مولکولی ایجاد مکانیسم‌های مولکولی فرآیندهای بیولوژیکی پایه است که توسط خواص ساختاری و عملکردی و برهم‌کنش‌های اسیدهای نوکلئیک و پروتئین‌ها تعیین می‌شوند و همچنین بررسی مکانیسم‌های تنظیمی این فرآیندها.

روش های مطالعه زندگی در سطح مولکولیعمدتاً در قرن بیستم شکل گرفت. رایج ترین آنها هستند کروماتوگرافی، اولتراسانتریفیوژ، الکتروفورز، آنالیز پراش اشعه ایکس، نورسنجی، تحلیل طیفی، روش اتم برچسب دارو غیره.

همه موجودات زنده در طبیعت از سطوح یکسانی از سازمان تشکیل شده اند، این یک الگوی بیولوژیکی مشخصه است که در همه موجودات زنده مشترک است.
سطوح زیر سازماندهی موجودات زنده متمایز می شود: مولکولی، سلولی، بافت، اندام، ارگانیسم، جمعیت-گونه، بیوژئوسنوز، بیوسفر.

برنج. 1. سطح ژنتیکی مولکولی

1. سطح ژنتیکی مولکولی. این ابتدایی ترین ویژگی زندگی است (شکل 1). مهم نیست که ساختار هر موجود زنده چقدر پیچیده یا ساده باشد، همه آنها از ترکیبات مولکولی یکسانی تشکیل شده اند. نمونه ای از این اسیدهای نوکلئیک، پروتئین ها، کربوهیدرات ها و سایر مجتمع های مولکولی پیچیده از مواد آلی و معدنی هستند. گاهی اوقات آنها را بیولوژیک کلان می نامند. مواد مولکولی. در سطح مولکولی، فرآیندهای مختلف زندگی موجودات زنده رخ می دهد: متابولیسم، تبدیل انرژی. با کمک سطح مولکولی، انتقال اطلاعات ارثی انجام می شود، اندامک های فردی تشکیل می شود و فرآیندهای دیگری رخ می دهد.

برنج. 2. سطح سلولی

2. سطح سلولی. سلول واحد ساختاری و عملکردی همه موجودات زنده روی زمین است (شکل 2). اندامک های منفرد درون یک سلول دارند ساختار مشخصهو عملکرد خاصی را انجام دهد. عملکرد اندامک های منفرد در یک سلول به هم مرتبط هستند و فرآیندهای حیاتی مشترک را انجام می دهند. در موجودات تک سلولی (جلبک های تک سلولی و تک یاخته ها)، تمام فرآیندهای زندگی در یک سلول انجام می شود و یک سلول به عنوان یک موجود زنده وجود دارد. جلبک های تک سلولی، کلامیدوموناس، کلرلا و ساده ترین حیوانات - آمیب، مژک داران و غیره را به خاطر بسپارید. در موجودات چند سلولی، یک سلول نمی تواند به عنوان یک ارگانیسم جداگانه وجود داشته باشد، اما یک واحد ساختاری اولیه ارگانیسم است.

برنج. 3. سطح بافت

3. سطح بافت. مجموعه ای از سلول ها و مواد بین سلولی مشابه در منشاء، ساختار و عملکرد، بافت را تشکیل می دهد. سطح بافت فقط برای موجودات چند سلولی مشخص است. همچنین، بافت های منفرد یک ارگانیسم جدایی ناپذیر مستقل نیستند (شکل 3). به عنوان مثال، بدن حیوانات و انسان از چهار بافت مختلف (اپیتلیال، همبند، عضلانی، عصبی) تشکیل شده است. به بافت های گیاهی می گویند: آموزشی، پوششی، حمایتی، رسانا و دفعی. ساختار و عملکرد بافت های فردی را به خاطر بسپارید.

برنج. 4. سطح اندام

4. سطح اندام. در موجودات چند سلولی، اتحاد چندین بافت یکسان، مشابه در ساختار، منشاء و عملکرد، سطح اندام را تشکیل می دهد (شکل 4). هر اندام شامل چندین بافت است، اما یکی از آنها مهمترین است. یک اندام جداگانه نمی تواند به عنوان یک موجود زنده وجود داشته باشد. چندین اندام، از نظر ساختار و عملکرد مشابه، با هم ترکیب می شوند و یک سیستم اندام را تشکیل می دهند، به عنوان مثال، هضم، تنفس، گردش خون و غیره.

برنج. 5. سطح ارگانیسمی

5. سطح ارگانیسمی. گیاهان (کلامیدوموناس، کلرلا) و حیوانات (آمیب، مژک داران و غیره) که بدن آنها از یک سلول تشکیل شده است، یک موجود زنده مستقل هستند (شکل 5). و یک فرد از موجودات چند سلولی به عنوان یک ارگانیسم جداگانه در نظر گرفته می شود. در هر ارگانیسم منفرد، تمام فرآیندهای زندگی مشخصه همه موجودات زنده رخ می دهد - تغذیه، تنفس، متابولیسم، تحریک پذیری، تولید مثل، و غیره. هر ارگانیسم مستقل فرزندانی به جا می گذارد. در موجودات چند سلولی، سلول‌ها، بافت‌ها، اندام‌ها و سیستم‌های اندام موجودی جداگانه نیستند. فقط یک سیستم یکپارچه از اندام ها که به طور خاص عملکردهای مختلفی را انجام می دهند یک ارگانیسم مستقل جداگانه را تشکیل می دهند. رشد یک موجود زنده، از لقاح تا پایان عمر، مدت زمان معینی طول می کشد. این رشد فردی هر ارگانیسم، آنتوژنز نامیده می شود. یک موجود زنده می تواند در آن وجود داشته باشد رابطه نزدیکبا محیط زیست

برنج. 6. سطح جمعیت-گونه

6. سطح جمعیت-گونه. مجموعه ای از افراد از یک گونه یا گروه که برای مدت طولانی در قسمت معینی از محدوده، نسبتاً جدا از سایر جمعیت های همان گونه وجود دارد، یک جمعیت را تشکیل می دهد. در سطح جمعیت، ساده‌ترین تحولات تکاملی انجام می‌شود که به ظهور تدریجی گونه‌های جدید کمک می‌کند (شکل 6).

برنج. 7 سطح بیوژئوسنوتیک

7. سطح بیوژئوسنوتیک. مجموعه ای از ارگانیسم ها از گونه های مختلف و پیچیدگی های مختلف سازمان، که با شرایط یکسان محیط طبیعی سازگار شده اند، بیوژئوسنوز یا جامعه طبیعی نامیده می شود. بیوژئوسنوز شامل گونه های متعددی از موجودات زنده و شرایط محیطی طبیعی است. در بیوژئوسنوزهای طبیعی، انرژی انباشته شده و از موجودی به موجود دیگر منتقل می شود. بیوژئوسنوز شامل ترکیبات معدنی، آلی و موجودات زنده است (شکل 7).

برنج. 8. سطح بیوسفر

8. سطح بیوسفر. مجموع همه موجودات زنده روی سیاره ما و زیستگاه طبیعی مشترک آنها سطح بیوسفر را تشکیل می دهد (شکل 8). در سطح بیوسفر زیست شناسی مدرنتصمیم می گیرد مشکلات جهانیبه عنوان مثال، تعیین شدت تشکیل اکسیژن آزاد توسط پوشش گیاهی زمین یا تغییر در غلظت دی اکسید کربندر جو مرتبط با فعالیت های انسانی. نقش اصلی در سطح بیوسفر را "مواد زنده" ایفا می کنند، یعنی کل موجودات زنده ساکن زمین. همچنین در سطح بیوسفر، "مواد بی اثر" مهم هستند که در نتیجه فعالیت حیاتی موجودات زنده و مواد "بی اثر" (یعنی شرایط محیطی) شکل می گیرند. در سطح بیوسفر، گردش ماده و انرژی در زمین با مشارکت همه موجودات زنده بیوسفر اتفاق می افتد.

سطوح سازمان زندگی جمعیت بیوژئوسنوز. بیوسفر.

1. در حال حاضر، چندین سطح سازماندهی موجودات زنده وجود دارد: مولکولی، سلولی، بافت، اندام، ارگانیسم، جمعیت-گونه، بیوژئوسنوز و بیوسفر.
2. در سطح جمعیت-گونه، دگرگونی های اولیه تکاملی انجام می شود.
3. سلول اساسی ترین واحد ساختاری و عملکردی همه موجودات زنده است.
4. مجموعه ای از سلول ها و مواد بین سلولی مشابه در منشاء، ساختار و عملکرد، بافت را تشکیل می دهد.
5. مجموع همه موجودات زنده روی کره زمین و زیستگاه طبیعی مشترک آنها سطح بیوسفر را تشکیل می دهد.
1. سطوح سازمان زندگی را به ترتیب نام ببرید.
2. پارچه چیست؟
3. اجزای اصلی یک سلول کدامند؟
1. چه ارگانیسم هایی با سطح بافت مشخص می شوند؟
2. سطح اندام را شرح دهید.
3. جمعیت چیست؟
1. سطح ارگانیسم را شرح دهید.
2. ویژگی های سطح بیوژئوسنوزی را نام ببرید.
3. مثال هایی از پیوستگی سطوح سازماندهی زندگی را بیان کنید.

جدولی را پر کنید که ویژگی های ساختاری هر سطح از سازمان را نشان می دهد:

شماره سریال	سطوح سازمان	ویژگی های خاص

زندگی یک سیستم چند سطحی است (از یونانی. سیستم- تداعی، کلیت). سطوح زیرین سازماندهی موجودات زنده متمایز می شوند: مولکولی، سلولی، بافت اندام، ارگانیسم، جمعیت-گونه، اکوسیستم، بیوسفر. همه سطوح از نزدیک به هم مرتبط هستند و از یکدیگر ناشی می شوند که نشان دهنده یکپارچگی طبیعت زنده است.

سطح مولکولی سازماندهی موجودات زنده

این وحدت ترکیب شیمیایی (بیوپلیمرها: پروتئین ها، کربوهیدرات ها، چربی ها، اسیدهای نوکلئیک)، واکنش های شیمیایی است. از این سطح، فرآیندهای حیاتی بدن آغاز می شود: تبادل انرژی، پلاستیک و سایر موارد، تغییرات و اجرای اطلاعات ژنتیکی.

سطح سلولی سازمان زنده

سطح سلولی سازماندهی موجودات زنده. سلول حیوانی

سلول واحد ساختاری اولیه موجودات زنده است. این واحد رشد همه موجودات زنده ساکن روی زمین است. در هر سلول، فرآیندهای متابولیک و تبدیل انرژی اتفاق می افتد و حفظ، تبدیل و انتقال اطلاعات ژنتیکی تضمین می شود.

هر سلول از ساختارهای سلولی تشکیل شده است، اندامک هایی که عملکردهای خاصی را انجام می دهند، بنابراین جداسازی آنها ممکن است. درون سلولیمرحله.

سطح اندام-بافت سازمان موجودات زنده

سطح اندام-بافت سازمان موجودات زنده. بافت های اپیتلیال، بافت های همبند، بافت های عضلانی و سلول های عصبی

سلول های موجودات چند سلولی که عملکردهای مشابهی را انجام می دهند، ساختار، منشأ یکسانی دارند و در بافت ها ترکیب می شوند. انواع مختلفی از بافت ها وجود دارند که دارای تفاوت هایی در ساختار هستند و عملکردهای مختلفی را انجام می دهند (سطح بافت).

بافت ها در ترکیب های مختلف اندام های مختلفی را تشکیل می دهند که ساختار خاصی دارند و وظایف خاصی را انجام می دهند (سطح اندام).

اندام ها در سیستم های اندامی (سطح سیستم) ترکیب می شوند.

سطح ارگانیسمی سازماندهی موجودات زنده

سطح ارگانیسمی سازماندهی موجودات زنده

بافت ها در اندام ها، سیستم های اندام ترکیب می شوند و به عنوان یک کل واحد - ارگانیسم عمل می کنند. واحد ابتدایی این مرتبه فرد است که از لحظه پیدایش تا پایان هستی به عنوان یک نظام زنده واحد در نظر گرفته می شود.

جمعیت-نوع سطح سازماندهی موجودات زنده

جمعیت-نوع سطح سازماندهی موجودات زنده

مجموعه‌ای از ارگانیسم‌ها (افراد) از همان گونه‌ها که زیستگاه مشترکی دارند، جمعیت‌ها را تشکیل می‌دهند. جمعیت یک واحد ابتدایی از گونه ها و تکامل است، زیرا فرآیندهای تکاملی اولیه در آن رخ می دهد؛ این و سطوح زیر فراارگانیسمی هستند.

سطح سازماندهی اکوسیستم موجودات زنده

سطح سازماندهی اکوسیستم موجودات زنده

مجموع موجودات از گونه ها و سطوح مختلف سازمانی این سطح را تشکیل می دهد. در اینجا می توان سطوح بیوسنوتیک و بیوسنوتیک را تشخیص داد.

جمعیت گونه های مختلف با یکدیگر تعامل دارند و گروه های چند گونه ای را تشکیل می دهند. بیوسنوتیکمرحله).

برهمکنش بیوسنوزها با عوامل اقلیمی و سایر عوامل غیر زیستی (تسکین، خاک، شوری و غیره) منجر به تشکیل بیوژئوسنوز می شود. (بیوژئوسنوتیک).در بیوژئوسنوزها، یک جریان انرژی بین جمعیت های گونه های مختلف و گردش مواد بین قسمت های بی جان و زنده آن وجود دارد.

سطح سازماندهی موجودات زنده بیوسفر

سطح سازماندهی موجودات زنده بیوسفر. 1 - مولکولی؛ 2 - سلولی 3 - ارگانیسمی 4 - جمعیت-گونه; 5- بیوژئوسنوتیك 6- زیست کره

این توسط بخشی از پوسته های زمین که در آن حیات وجود دارد - زیست کره - نشان داده شده است. بیوسفر از مجموعه ای از بیوژئوسنوزها تشکیل شده و به عنوان یک سیستم منفرد عمل می کند.

انتخاب کل مجموعه سطوح فهرست شده همیشه امکان پذیر نیست. به عنوان مثال، در موجودات تک سلولی سطح سلولی و موجودی بر هم منطبق است، اما سطح اندام-بافت وجود ندارد. گاهی اوقات سطوح اضافی را می توان تشخیص داد، به عنوان مثال، درون سلولی، بافتی، اندامی، سیستمیک.

9.1. ساختاربیولوژیکیدانشزیست شناسیچگونهعلم

در حال حاضر پویاترین در حال توسعه علمزیست شناسی است - علم زندگی و طبیعت زنده. وظایف اصلی زیست شناسی ارائه تعریفی علمی از حیات، اشاره به تفاوت اساسی موجودات زنده و غیرزنده و پی بردن به ویژگی های شکل بیولوژیکی وجود ماده است. توسعه دانش بیولوژیکی منجر به دگرگونی تدریجی ایده ها در مورد جوهر زندگی، وحدت تکامل کیهانی و بیولوژیکی، تعامل بیولوژیکی و اجتماعی در انسان و غیره می شود. داده های بیولوژیکی جدید تصویری از جهان را که برای مدت طولانی توسط فیزیک شکل گرفته است تغییر می دهد. می توان گفت که امروزه اکتشافات زیست شناسی تعیین کننده پیشرفت همه علوم طبیعی است. به همین دلیل است که تصویر علمی مدرن از جهان بدون دانش بیولوژیکی غیرممکن است. علاوه بر این، زیست شناسی مبنایی می شود که بر اساس آن اصول جهان بینی جدیدی شکل می گیرد که خودآگاهی انسان را تعیین می کند.

در علم مدرن زیست شناسیبه عنوان مجموعه ای از علوم در مورد طبیعت زنده، تنوع موجودات زنده موجود و موجود، ساختار و عملکرد آنها، منشاء، توزیع و توسعه، ارتباط با یکدیگر و طبیعت بی جان تعریف شده است.

بر این اساس، زیست شناسی الگوهای عمومی و خاص موجودات زنده را در تمام مظاهر آن (متابولیسم، تولید مثل، وراثت، تغییرپذیری، سازگاری و غیره) مطالعه می کند.

زیست شناسی مدرن دانشی پویا است که در برابر چشمان ما تغییر می کند. انباشت بهمن‌مانند داده‌های تجربی جدید، گاهی اوقات از امکان تفسیر و توضیح نظری آنها پیشی می‌گیرد. در زیست شناسی، تعداد بین

تحقیقات انضباطی در تقاطع با سایر علوم طبیعی. بنابراین امروزه در ساختار دانش زیستی بیش از 50 علم خاص وجود دارد: گیاه شناسی، جانورشناسی، ژنتیک، زیست شناسی مولکولی، آناتومی، ریخت شناسی، سیتولوژی، بیوفیزیک، بیوشیمی، دیرینه شناسی، جنین شناسی، بوم شناسی و غیره. این تنوع رشته های علمیعمدتاً با پیچیدگی موضوع اصلی تحقیقات بیولوژیکی - ماده زنده توضیح داده می شود.

ساختار زیست شناسی به عنوان یک علم را می توان از منظر اشیاء، خواص، سطوح سازماندهی موجودات زنده، مراحل اصلی و پارادایم های زیستی مورد بررسی قرار داد.

بر اساس موضوعات مورد مطالعه، زیست شناسی به ویروس شناسی، باکتری شناسی، گیاه شناسی، جانورشناسی و انسان شناسی تقسیم می شود.

با توجه به خواص و جلوه‌های موجودات زنده، رشته‌های زیستی به شرح زیر است: جنین شناسی -علمی که رشد جنینی (جنی) موجودات را مطالعه می کند. فیزیولوژی -علم نحوه عملکرد موجودات؛ مورفومنطق -علم ساختار موجودات زنده؛ زیست شناسی مولکولی -علم سبک زندگی جوامع گیاهی و جانوری، روابط آنها با محیط زیست؛ ژنتیک -علم وراثت و تنوع

بر اساس سطح سازماندهی موجودات زنده، آنها متمایز می شوند: آناتومی- علم ساختار ماکروسکوپی حیوانات و انسان. بافت شناسی -علم ساختار بافت؛ سیتولوژی -علم ساختار سلول های زنده

زیست شناسی در توسعه خود مسیری طولانی و دشوار را طی کرده است که شامل سه مرحله اصلی است که در ایده اصلی خود تفاوت اساسی با یکدیگر دارند: 1) دوره سیستماتیک، 2) دوره تکامل و 3) دوره زیست شناسی دنیای خرد دوره های مشخص شده مرزهای زمانی مشخصی در بین خود ندارند، همانطور که دارای گذارهای شدید نیستند. علاوه بر این، از آنجایی که زیست شناسی هنوز به سطح تعمیم های نظری نرسیده است و تصویر علمی خود را از جهان ندارد، به سه صورت وجود دارد - زیست شناسی طبیعی، فیزیکوشیمیایی و تکاملی. هر یک از آنها در طول دوره ای مشابه در توسعه علم زیست شناسی ظاهر شدند.

دوره زمانیطبقه بندی. طبیعت گرایانهزیست شناسی

مانند هر علم طبیعی، زیست شناسی به عنوان یک علم توصیفی (پدیدارشناسی) در مورد چیزهای چندگانه شروع به توسعه کرد. اشکال مختلف، انواع وارتباطات متقابل دنیای زنده وظیفه اصلی آن مطالعه طبیعت در حالت طبیعی آن بود. بدین منظور پدیده های طبیعت زنده مشاهده، توصیف و نظام مند شدند. در این دوره بود که یک خرده طبیعت گرایانه

حرکت به سمت مطالعه زندگی آغاز رویکرد علمیبه عنوان مجموعه ای از دانش عملی در حال رشد که توسط انسان در فرآیند تعامل با محیط طبیعی به دست می آید. علاوه بر انباشت دانش، لازم بود اشیایی که موضوع علایق عملی بشر بودند، نظام مند شوند. ایده طبقه بندی در دوران باستان سرچشمه گرفته است. اولین نظام‌دهنده علم ارسطو بود که مطالب واقعی را جمع‌آوری کرد و اولین تلاش را برای طبقه‌بندی حیوانات و گیاهان بر اساس مفهوم مصلحت انجام داد.

او تعدادی از آثار خود را به سیستم سازی دانش زیستی اختصاص داد: "تاریخ حیوانات"، "درباره اجزای حیوانات"، "درباره منشاء حیوانات". ارسطو در آنها قلمرو حیوانات را به دو دسته تقسیم کرد: آنهایی که خون داشتند و آنها بدون خون. از خون دارها متمایز کرد: زنده زا چهارپا، پرندگان، تخم زا چهارپا و بی پا، زنده زا بی پا و ماهی. بر این اساس، افراد محروم از خون به دو دسته تقسیم شدند: نرم (سفالوپود)، نرم پوست چند پا (خرچنگ)، چند پا مفصلی و بدون صدف (نرم تنان و نرم تنان). جوجه های دریایی). علاوه بر این، ارسطو تعدادی از گروه های انتقالی بین این دو را شناسایی کرد. ارسطو به انسان جایگاهی در رأس حیوانات خونی (انسان محوری) داد.

به لطف آثار ارسطو، دانش پر هرج و مرج در مورد طبیعت زنده ویژگی نسبتاً منظمی پیدا کرد و این شرایط دلیلی بر این باور است که شکل گیری زیست شناسی به عنوان یک علم در آن زمان های دور آغاز شده است. ایده های ارسطو تا دوران مدرن از اعتبار بی چون و چرای برخوردار بود، تنها پس از آن مورد تأیید قرار گرفت.

ظهور علوم زیستی تنها در قرن شانزدهم رخ داد. و با دوران اکتشافات بزرگ جغرافیایی مرتبط است، که علم را با بسیاری از حقایق جدید جمع آوری شده در سرزمین های تازه کشف شده غنی کرد. این حقایق مستلزم نظام‌بندی و طبقه‌بندی خاص خود بود که در آثار دانشمند سوئدی K. Linnaeus ارائه شد. او در کار خود "سیستم طبیعت" توانست سلسله مراتبی هماهنگ از همه حیوانات و گیاهان ایجاد کند.

طبقه‌بندی لینه بر اساس گونه‌ها است؛ گونه‌های نزدیک به جنس‌ها، جنس‌های مشابه به راسته‌ها و راسته‌ها به طبقات گروه‌بندی می‌شوند. علاوه بر این، لینه اصطلاحات دقیقی را برای توصیف گیاهان و حیوانات معرفی کرد. او همچنین مسئول معرفی نامگذاری دوتایی (دوگانه) است: تعیین هر گونه با دو اصطلاح - نام جنس و گونه در لاتین. لینه دقیقاً رابطه بین گروه‌های سیستماتیک مختلف - طبقات، راسته‌ها، جنس‌ها، گونه‌ها و زیرگونه‌ها را تعیین کرد و به وضوح گونه‌های نام‌گذاری شده را شناسایی کرد و تبعیت سلسله مراتبی آنها را نشان داد.

علاوه بر نظام‌بندی و طبقه‌بندی جهان ارگانیک در قرن‌های 18-19. در زمینه زیست شناسی سنتی نیز وجود داشت

کل خط کار اساسی، کلاسیک تفکر بیولوژیکی محسوب می شود. این اثر 44 جلدی دانشمند فرانسوی J. Buffon و نویسندگان همکارش "Natural History"، "زندگی حیوانات" معروف A. Brem و کار E. Haeckel در مورد مورفولوژی موجودات است.

زیست شناسی طبیعت گرایانه حتی امروزه نیز اهمیت خود را از دست نداده است. مطالعه گیاهان و جانوران سیاره ما ادامه دارد، گونه های جدیدی کشف و توصیف می شوند. علیرغم این واقعیت که زیست شناسی مدرن توانسته است تعداد زیادی از موجودات جانوری و گیاهی را تجزیه و تحلیل و طبقه بندی کند، با این وجود نتوانسته است توصیف کاملی از همه چیز ارائه دهد. دنیای طبیعی. اعتقاد بر این است که تنها دو سوم گونه های موجود تاکنون توصیف شده اند، یعنی. 1.2 میلیون حیوان، 5000 هزار گیاه، صدها هزار قارچ، حدود 3 هزار باکتری و غیره. بوم شناسی، علمی که روابط موجودات را هم با یکدیگر و هم با محیطشان مطالعه می کند، اهمیت فزاینده ای پیدا می کند. این علم در چارچوب زیست شناسی سنتی ظاهر شد، طبیعت را به عنوان یک کل واحد در نظر می گیرد و نیاز به نگرش دقیق و انسانی نسبت به آن دارد.

دوره زمانیدنیای خرد. فیزیکی- شیمیاییزیست شناسی

با تمام مزایای زیست شناسی طبیعت گرایانه با رویکرد کل نگر آن به مطالعه طبیعت، زیست شناسی هنوز نیاز به درک مکانیسم ها، پدیده ها و فرآیندهای رخ داده در سطوح مختلف حیات و موجودات زنده داشت. بنابراین، از زیست شناسی توصیفی سنتی، دانشمندان مجبور شدند به مطالعه آناتومی و فیزیولوژی گیاهان و جانوران، فرآیندهای حیاتی موجودات به طور کلی و اندام های فردی آنها، و سپس بیشتر به اعماق طبیعت زنده، روی آورند. مطالعه زندگی در سطوح ژنتیکی سلولی و مولکولی.

پایه های دانش تشریحی و فیزیولوژیکی در دوران باستان گذاشته شد و با آثار بقراط، هروفیلوس، کلودیوس جالینوس و شاگردان آنها همراه بود. با این حال، توسعه واقعی این حوزه از زیست شناسی تنها در دوران مدرن آغاز شد. در قرون XVI-XVII. به لطف تحقیقات R. Hooke، N. Grew، J. Helmont، M. Malpighi که با استفاده از میکروسکوپ انجام شد، آناتومی گیاه توسعه یافت و سطوح سلولی و بافتی سازمان گیاه کشف شد. آزمایش - هیبریداسیون مصنوعی - زیست‌شناسی نافذی است که پیش‌شرط‌های دوری برای ظهور ژنتیک فراهم می‌کند.

توجه به این نکته ضروری است که زیست شناسی در دوران مدرن به طور فزاینده ای از روش های دیگران استفاده می کرد علوم طبیعی- فیزیک و شیمی توسعه یافته تر. این چنین بود که این ایده به علم رسوخ کرد که همه پدیده های زندگی از قوانین فیزیک و شیمی پیروی می کنند و می توان با کمک آنها توضیح داد. بنابراین، زیست شناسی به طور فزاینده ای از ایده های دوباره استفاده می کند.

دوکشوریسم در ابتدا فقط یک رویکرد روش شناختی بود، اما از قرن نوزدهم. می توان در مورد تولد زیست شناسی فیزیکوشیمیایی صحبت کرد که زندگی را در سطوح مولکولی و فوق مولکولی مطالعه می کرد. نقش عمده ای در ایجاد تصویر جدید از زیست شناسی توسط دانشمندان قرن نوزدهم ایفا شد که از روش های فیزیک و شیمی در تحقیقات خود استفاده کردند: L. Pasteur, I.M. سچنوف، آی.پی. پاولوف، I.I. Mechnikov و دیگران همچنین لازم است از بنیانگذاران نظریه سلولی M. Schleiden و T. Schwann نام ببریم که در سال 1838 اساس مطالعه سلول های زنده را پایه گذاری کردند. نظریه آنها منجر به ظهور سیتولوژی - علم سلولهای زنده شد.

مطالعه بیشتر ساختار سلولی باعث تولد ژنتیک شد - علم وراثت و تنوع. در قرن بیستم ژنتیک مولکولی ظاهر شد که زیست شناسی را به سطح جدیدی از تجزیه و تحلیل زندگی رساند و آن را حتی به فیزیک و شیمی نزدیک کرد. درک نقش ژنتیکی اسیدهای نوکلئیک امکان پذیر بود، مکانیسم های مولکولی تولید مثل ژنتیکی و بیوسنتز پروتئین، و همچنین مکانیسم های ژنتیکی مولکولی تنوع کشف شد و متابولیسم در سطح مولکولی مورد مطالعه قرار گرفت. در عین حال، اکتشافات در فیزیک و شیمی، بهبود مستمر فیزیکی و روش های شیمیاییتحقیقات و کاربرد آن در زیست شناسی این فرصت را ایجاد کرده است که به روش های جدید به مطالعه بسیاری از مسائل زیستی بپردازیم.

از دیدگاه شیمیایی، موجودات زنده هستند سیستم های باز، به طور مداوم ماده و انرژی را با محیط مبادله می کند. در همان زمان، همراه با غذا، مقدار زیادی ترکیبات آلی و معدنی را دریافت می کنند که در واکنش های بیوشیمیایی بدن شرکت می کنند و سپس به صورت محصولات پوسیدگی در محیط آزاد می شوند. مواد ساختمانی برای یک سلول زنده ماکرومولکول ها هستند - پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها و اسیدهای نوکلئیک. تنظیم هورمونی که در بدن اتفاق می افتد نیز سیستمی از واکنش های شیمیایی است.

ترکیب زیست شناسی و شیمی باعث شد علم جدید- بیوشیمی که ساختار و خواص بیومولکول ها را همزمان با متابولیسم آنها در بافت ها و اندام های زنده مطالعه می کند. به عبارت دیگر، بیوشیمی تغییرات در بیومولکول‌ها را در یک موجود زنده تجزیه و تحلیل می‌کند. بیوشیمی دانان موفق شدند نحوه انتقال انرژی در سلول را کشف کنند، مکانیسم های متابولیسم (متابولیسم) را رمزگشایی کنند و نقش غشاها، ریبوزوم ها و سایر ساختارهای درون سلولی را تعیین کنند. این بیوشیمی دانان بودند که ساختار را رمزگشایی کردند و عملکرد پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک را تعیین کردند و از این طریق پایه های ژنتیک مولکولی را پی ریزی کردند. امروزه توصیه های بیوشیمیست ها در پزشکی، داروسازی و کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد.

از آنجایی که شیمی مدرن مبتنی بر فیزیک است، دانشمندان تلاش می کنند پدیده ها و فرآیندهای بیولوژیکی را بر اساس آن توضیح دهند.

قوانین فیزیکی در نتیجه، در سال 1950، در تقاطع بیوشیمی، زیست شناسی و فیزیک، علم جدیدی متولد شد - بیوفیزیک. بیوفیزیکدانان با در نظر گرفتن هر پدیده بیولوژیکی، آن را به چند عمل ابتدایی و قابل درک دیگر تقسیم می کنند و آنها را مطالعه می کنند. مشخصات فیزیکی. به این ترتیب مکانیسم های انقباض عضلانی، انتقال تکانه های عصبی، اسرار فتوسنتز و کاتالیز آنزیمی توضیح داده شد.

با کمک بیوشیمی و بیوفیزیک، دانشمندان توانستند دانش در مورد ساختار و عملکرد بدن را با هم ترکیب کنند. اما نه این علوم و نه زیست شناسی فیزیکی-شیمیایی به طور کلی قادر به پاسخگویی به سؤال اصلی زیست شناسی - مسئله منشأ و جوهر حیات نیستند.

تکاملیدوره زمانی. تکاملیزیست شناسی

ایده توسعه طبیعت زنده تنها در قرن نوزدهم در زیست شناسی رخنه کرد، اگرچه پیش نیازهای زیست شناسی تکاملی در دوران باستان شکل گرفت. بنابراین، طبقه بندی ارسطو از موجودات زنده مبتنی بر ایده نردبانی از موجودات است: او موجودات را از ساده به پیچیده مرتب کرد، و او انسان ها را در بالای هرم دنیای حیوانات قرار داد. از این ایده فقط لازم بود گامی به سمت ایده تکامل به عنوان توسعه دنیای حیوانات از طریق پیچیدگی دائمی برداشته شود.

دوره تکاملی توسعه زیست شناسی در آثار زیست شناس فرانسوی J. B. Lamarck آغاز شد که پیشنهاد کرد. اولین نظریه تکاملیلامارک اولین کسی بود که در مورد تغییرات موجودات تحت تأثیر محیط و انتقال خصوصیات اکتسابی به فرزندان صحبت کرد. با این حال، لامارک در نظریه خود به تعدادی از نقاط شروع نادرست استناد کرد که به دلیل آن نتوانست مسئله رابطه بین عوامل درونی و بیرونی تکامل را حل کند.

سهم قابل توجهی در توسعه زیست شناسی در این مرحله توسط نظریه فاجعه،که نویسنده آن دانشمند فرانسوی J. Cuvier بود. او از این ایده اقتباس کرد که نیروهای طبیعی فعال در حال حاضر و نیروهای حاکم در گذشته از نظر کیفی با یکدیگر متفاوت هستند. بنابراین، در گذشته، بلایای طبیعی جهانی می‌توانست به صورت دوره‌ای رخ دهد و جریان آرام فرآیندهای زمین‌شناسی و بیولوژیکی را بر روی زمین قطع کند. در نتیجه این فجایع جهانی، نه تنها ظاهر زمین، بلکه جهان ارگانیک آن نیز تقریباً به طور کامل تغییر کرد. علم قادر به تعیین علل این فجایع نیست، اما می‌توان نتیجه گرفت که این فجایع بودند که منجر به پیدایش اشکال آلی پیچیده‌تر شدند.

انقلاب واقعی در زیست شناسی با ظهور در سال 1859 همراه است نظریه تکامل توسط چارلز داروین،در کتاب خود «منشاء گونه ها توسط انتخاب طبیعی». نظریه تکاملهدیه-

شراب بر اساس سه اصل است: تنوع، وراثت و انتخاب طبیعی. تنوع، از نظر داروین، توانایی موجودات برای به دست آوردن خواص و ویژگی های جدید و تغییر آنها به دلایل مختلف است. این تغییرپذیری است که اولین و اصلی ترین حلقه در تکامل است. وراثت توانایی موجودات زنده برای انتقال خواص و ویژگی های خود به نسل های بعدی است. انتخاب طبیعی نتیجه مبارزه برای هستی است و به معنای بقا و تولید مثل موفق مناسب ترین موجودات است. تحت تأثیر انتخاب طبیعی، گروه هایی از افراد یک گونه از نسلی به نسل دیگر ویژگی های سازگاری مختلفی را جمع می کنند و در نتیجه آنچنان تفاوت های چشمگیری به دست می آورند که به گونه های جدید تبدیل می شوند. متأسفانه، مقررات مربوط به وراثت و تنوع، که در این نظریه نیز گنجانده شده است، بسیار کمتر توسعه یافته است. این باعث انتقاد جدی از نظریه تکامل داروین شد که در پایان قرن نوزدهم و آغاز قرن بیستم توسعه یافت.

نظریه مدرن (ترکیبی) تکاملفقط در اواخر دهه 20 ظاهر شد. قرن XX این نشان دهنده ترکیبی از ژنتیک و داروینیسم بود. از آن زمان، صحبت در مورد زیست شناسی تکاملی به عنوان بستری که سنتز دانش بیولوژیکی ناهمگن روی آن اتفاق می افتد ممکن شده است. زیست شناسی تکاملی امروزی نتیجه ترکیب دو جریان دانش است: آموزش خود تکامل و دانشی که توسط سایر علوم زیستی در مورد فرآیندها و مکانیسم های تکامل به دست می آید. در سراسر قرن بیستم. محتوای زیست شناسی تکاملی به طور مداوم گسترش یافته است. این با داده های ژنتیک، زیست شناسی مولکولی، سیتولوژی و دیرینه شناسی تکمیل شده است. بسیاری از دانشمندان بر این باورند که این زیست شناسی تکاملی است که می تواند پایه زیست شناسی نظری شود که هدف اصلی زیست شناسان قرن بیست و یکم است.

9.2. ساختاریسطوحسازمان هایزندگی

زندگی با وحدت دیالکتیکی متضادها مشخص می شود: هم کل نگر و هم گسسته است. جهان ارگانیک یک کل واحد است ، زیرا سیستمی از اجزای به هم پیوسته است (وجود برخی از موجودات به سایرین بستگی دارد) و در عین حال گسسته است ، زیرا از واحدهای منفرد - ارگانیسم ها یا افراد تشکیل شده است. هر موجود زنده به نوبه خود نیز گسسته است، زیرا از اندام ها، بافت ها، سلول ها تشکیل شده است، اما در عین حال، هر یک از اندام ها، با داشتن استقلال خاصی، به عنوان بخشی از کل عمل می کنند. هر سلول از اندامک ها تشکیل شده است اما به عنوان یک واحد عمل می کند. اطلاعات ارثی توسط ژن ها انجام می شود، اما

هیچ یک از ژن های خارج از کل مجموعه، رشد یک صفت و غیره را تعیین نمی کند.

سطوح مختلف سازماندهی جهان ارگانیک با گسستگی زندگی مرتبط است که می‌توان آن‌ها را به عنوان حالت‌های گسسته سیستم‌های بیولوژیکی تعریف کرد که با تبعیت، پیوستگی و الگوهای خاص مشخص می‌شوند. علاوه بر این، هر سطح جدید دارای ویژگی ها و الگوهای خاصی از سطح قبلی و پایین تر است، زیرا هر موجودی از یک سو از عناصر تابع آن تشکیل شده است و از سوی دیگر، خود عنصری است که بخشی از یک سیستم ماکروبیولوژیکی است. .

در تمام سطوح زندگی، ویژگی هایی مانند گسست و یکپارچگی، سازماندهی ساختاری، تبادل ماده، انرژی و اطلاعات آشکار می شود. وجود زندگی در سطوح بالاتر سازمان توسط ساختار سطح پایین تهیه و تعیین می شود. به طور خاص، ماهیت سطح سلولی توسط مولکولی و درون سلولی، ارگانیسمی - توسط سطوح سلولی، بافتی و غیره تعیین می شود.

سطوح ساختاریسازمان های زندگی بسیار متنوع هستند، اما اصلی ترین آنها مولکولی، سلولی، انتوژنتیک، گونه های جمعیتی، بیوسنوتیک، زیست ژئوسنوتیک و بیوسفر هستند.

مولکولی- ژنتیکیمرحله

سطح ژنتیکی مولکولی حیات، سطح عملکرد بیوپلیمرها (پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، پلی ساکاریدها) و سایر ترکیبات آلی مهم است که زیربنای فرآیندهای حیاتی موجودات هستند. در این سطح، واحد ساختاری ابتدایی ژن است و حامل اطلاعات ارثی در همه موجودات زنده، مولکول DNA است. اجرای اطلاعات ارثی با مشارکت مولکول های RNA انجام می شود. با توجه به اینکه فرآیندهای ذخیره سازی، تغییر و اجرای اطلاعات ارثی با ساختارهای مولکولی مرتبط است، این سطح را ژنتیک مولکولی می نامند.

مهم ترین وظایف زیست شناسی در این سطح، مطالعه مکانیسم های انتقال اطلاعات ژنتیکی، وراثت و تنوع، تحقیق است. فرآیندهای تکاملی، منشأ و جوهر زندگی.

همه موجودات زنده حاوی مولکول های معدنی ساده هستند: نیتروژن، آب، دی اکسید کربن. از اینها، در سیر تکامل شیمیایی، ترکیبات آلی ساده پدید آمدند که به نوبه خود به مواد ساختمانی برای مولکول های بزرگتر تبدیل شدند. اینگونه بود که ماکرومولکول ها ظاهر شدند - مولکول های غول پیکر

مولکول های پلیمری که از مونومرهای زیادی ساخته شده اند. سه نوع پلیمر وجود دارد: پلی ساکاریدها، پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک. مونومرهای آنها به ترتیب مونوساکاریدها، آمینو اسیدها و نوکلئوتیدها هستند.

سنجاب هاو اسیدهای نوکلئیک مولکول های "اطلاعاتی" هستند، زیرا توالی مونومرها، که می توانند بسیار متنوع باشند، نقش مهمی در ساختار آنها ایفا می کنند. پلی ساکاریدها (نشاسته، گلیکوژن، سلولز) نقش منبع انرژی و مصالح ساختمانی را برای سنتز مولکول های بزرگتر بازی می کنند.

پروتئین ها درشت مولکول هایی هستند که زنجیره های بسیار بلندی از اسیدهای آمینه - اسیدهای آلی (کربوکسیلیک) هستند که معمولاً حاوی یک یا دو گروه آمینه (-NH 2) هستند.

در محلول ها، اسیدهای آمینه می توانند خواص اسیدها و بازها را نشان دهند. این باعث می شود آنها به نوعی بافر در برابر تغییرات خطرناک فیزیکی و شیمیایی تبدیل شوند. بیش از 170 اسید آمینه در سلول‌ها و بافت‌های زنده یافت می‌شود، اما پروتئین‌ها تنها حاوی 20 مورد از آن‌ها هستند. پروتئین ها بیش از 50 درصد از کل جرم خشک سلول ها را تشکیل می دهند.

بیشتر پروتئین ها عملکرد کاتالیزورها (آنزیم ها) را انجام می دهند. ساختار فضایی آنها شامل مراکز فعال به شکل فرورفتگی های یک شکل خاص است. مولکول هایی که تبدیل آنها توسط این پروتئین کاتالیز می شود، وارد چنین مراکزی می شوند. علاوه بر این، پروتئین ها نقش حامل را ایفا می کنند. به عنوان مثال، هموگلوبین اکسیژن را از ریه ها به بافت ها حمل می کند. انقباضات عضلانی و حرکات درون سلولی نتیجه برهمکنش مولکول های پروتئینی است که وظیفه آنها هماهنگ کردن حرکت است. عملکرد پروتئین های آنتی بادی محافظت از بدن در برابر ویروس ها، باکتری ها و غیره است. فعالیت سیستم عصبیبه پروتئین هایی بستگی دارد که با کمک آنها اطلاعات محیط جمع آوری و ذخیره می شود. پروتئین هایی به نام هورمون رشد و فعالیت سلولی را کنترل می کنند.

اسیدهای نوکلئیک.فرآیندهای حیاتی موجودات زنده با تعامل دو نوع ماکرومولکول - پروتئین ها و DNA تعیین می شود. اطلاعات ژنتیکی یک موجود زنده در مولکول‌های DNA ذخیره می‌شود، که به عنوان حامل اطلاعات ارثی برای نسل بعدی عمل می‌کند و بیوسنتز پروتئین‌هایی را تعیین می‌کند که تقریباً تمام فرآیندهای بیولوژیکی را کنترل می‌کنند. بنابراین، نوک

1 پیوند پپتیدی است پیوند شیمیایی-CO-NH-.

لیک اسیدها همان جایگاه مهمی را در بدن دارند که پروتئین ها.

هم پروتئین ها و هم اسیدهای نوکلئیک یکی بسیار دارند دارایی مهم- عدم تقارن مولکولی (عدم تقارن)، یا کایرالیته مولکولی. این خاصیت زندگی در دهه 40-50 کشف شد. قرن نوزدهم L. پاستور در طول مطالعه ساختار بلورهای مواد با منشاء بیولوژیکی - نمک اسید انگور. پاستور در آزمایشات خود کشف کرد که نه تنها کریستال ها، بلکه آنها نیز هستند محلول آبیقادر به انحراف یک پرتو قطبی شده نور است، به عنوان مثال. از نظر نوری فعال هستند. بعداً این نام را دریافت کردند ایزومرهای نوریمحلول های مواد با منشا غیر بیولوژیکی این خاصیت را ندارند، ساختار مولکول های آنها متقارن است.

امروزه عقاید پاستور تایید شده است و ثابت شده است که کایرالیته مولکولی (از یونانی cheir - hand) فقط ذاتی ماده زنده است و خاصیت جدایی ناپذیر آن است. ماده با منشأ بی جان متقارن است به این معنا که همیشه تعداد مساوی مولکول وجود دارد که نور را به سمت چپ و راست قطبش می کند. و در ماده ای با منشأ بیولوژیکی همیشه انحراف از این تعادل وجود دارد. پروتئین ها از اسیدهای آمینه ساخته شده اند که نور را فقط به سمت چپ قطبی می کنند (پیکربندی L). اسیدهای نوکلئیک شامل قندهایی هستند که نور را فقط به سمت راست قطبی می کنند (پیکربندی D). بنابراین، کایرالیته در عدم تقارن مولکول ها، ناسازگاری آنها با تصویر آینه ای آنها، مانند دست راست و چپ است که باعث شد نام مدرناین ملک جالب است بدانید که اگر شخصی به طور ناگهانی به تصویر آینه ای خود تبدیل شود، همه چیز با بدن او خوب می شود تا زمانی که شروع به خوردن غذاهای با منشاء گیاهی یا حیوانی کند، که به سادگی نمی تواند هضم کند.

اسیدهای نوکلئیکترکیبات آلی پیچیده ای هستند که بیوپلیمرهای حاوی فسفر (پلی نوکلئوتیدها) هستند.

دو نوع اسید نوکلئیک وجود دارد - اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) و اسید ریبونوکلئیک (RNA). اسیدهای نوکلئیک نام خود را (از هسته لاتین - هسته) گرفتند زیرا اولین بار در نیمه دوم قرن نوزدهم از هسته لکوسیت ها جدا شدند. بیوشیمیدان سوئیسی F. Miescher. بعدها مشخص شد که اسیدهای نوکلئیک را می توان نه تنها در هسته، بلکه در سیتوپلاسم و اندامک های آن نیز یافت. مولکول های DNA همراه با پروتئین های هیستون ماده کروموزوم ها را تشکیل می دهند.

در اواسط قرن بیستم. جی واتسون بیوشیمیدان آمریکایی و اف. کریک بیوفیزیکدان انگلیسی ساختار مولکول DNA را کشف کردند. مطالعات پراش اشعه ایکس نشان داده است که DNA از دو زنجیره تشکیل شده است که به شکل یک مارپیچ دوتایی پیچیده شده اند. نقش ستون فقرات زنجیره ها را گروه های فسفات قند ایفا می کنند و پایه های پورین ها و پیریمیدین ها به عنوان پل عمل می کنند. هر پل از دو پایه متصل به دو زنجیره متقابل تشکیل شده است و اگر یک پایه دارای یک حلقه باشد، دیگری دارای دو حلقه است. بنابراین، جفت های مکمل تشکیل می شوند: A-T و G-C. این بدان معناست که توالی بازهای یک زنجیره به طور منحصر به فرد توالی بازها را در زنجیره مکمل دیگر مولکول تعیین می کند.

ژن بخشی از یک مولکول DNA یا RNA (در برخی از ویروس ها) است. RNA حاوی 4-6 هزار نوکلئوتید منفرد است، DNA - 10-25 هزار. اگر بتوان DNA یک سلول انسانی را به یک رشته پیوسته کشید، طول آن 91 سانتی متر خواهد بود.

و با این حال، تولد ژنتیک مولکولی کمی زودتر اتفاق افتاد، زمانی که آمریکایی‌ها J. Beadle و E. Tatum ارتباط مستقیمی بین وضعیت ژن‌ها (DNA) و سنتز آنزیم‌ها (پروتئین‌ها) برقرار کردند. پس از آن بود که ضرب المثل معروف ظاهر شد: "یک ژن، یک پروتئین". بعدها مشخص شد که وظیفه اصلی ژن ها رمزگذاری سنتز پروتئین است. پس از این، دانشمندان توجه خود را بر این سوال متمرکز کردند که برنامه ژنتیکی چگونه نوشته شده و چگونه در سلول اجرا می شود. برای انجام این کار، لازم بود بفهمیم که چگونه فقط چهار باز می‌توانند ترتیب بیست اسید آمینه را در مولکول‌های پروتئین رمزگذاری کنند. سهم اصلی در حل این مشکل توسط فیزیکدان نظری مشهور G. Gamow در اواسط دهه 1950 انجام شد.

طبق فرض او، ترکیبی از سه نوکلئوتید DNA برای رمزگذاری یک اسید آمینه استفاده می شود. این واحد اولیه وراثت که یک اسید آمینه را کد می کند، نامیده می شود کدوندر سال 1961، فرضیه گامو با تحقیق F. Crick تأیید شد. به این ترتیب مکانیسم مولکولی برای خواندن اطلاعات ژنتیکی از یک مولکول DNA در طول سنتز پروتئین رمزگشایی شد.

در یک سلول زنده اندامک ها - ریبوزوم ها وجود دارد که ساختار اولیه DNA را "خوانده" می کنند و پروتئین را مطابق با اطلاعات ثبت شده در DNA سنتز می کنند. به هر سه نوکلئوتید یکی از 20 اسید آمینه ممکن اختصاص داده شده است. به این ترتیب ساختار اولیه DNA توالی اسید آمینه پروتئین سنتز شده را تعیین می کند و کد ژنتیکی ارگانیسم (سلول) را ثابت می کند.

کد ژنتیکی همه موجودات زنده اعم از گیاه، حیوان یا باکتری یکسان است. این ویژگی کد ژنتیکیهمراه با شباهت ترکیب اسید آمینه همه پروتئین ها نشان می دهد

در مورد وحدت بیوشیمیایی زندگی، منشاء همه موجودات زنده روی زمین از یک اجداد واحد.

مکانیسم تولید مثل DNA نیز رمزگشایی شد. این شامل سه بخش است: همانندسازی، رونویسی و ترجمه.

همانند سازی- این دو برابر شدن مولکول های DNA است. اساس همانند سازی است دارایی منحصر به فرد DNA خود کپی می شود، که این امکان را برای سلول ها فراهم می کند تا به دو واحد یکسان تقسیم شوند. در طول همانند سازی، DNA، متشکل از دو زنجیره مولکولی پیچ خورده، باز می شود. دو رشته مولکولی تشکیل می شود که هر کدام به عنوان الگوی سنتز یک رشته جدید، مکمل رشته اصلی عمل می کند. پس از این، سلول تقسیم می شود و در هر سلول یک رشته DNA قدیمی و رشته دوم جدید خواهد بود. نقض توالی نوکلئوتیدی در زنجیره DNA منجر به تغییرات ارثی در بدن - جهش می شود.

رونویسیانتقال کد DNA با تشکیل یک مولکول RNA پیام رسان تک رشته ای (i-RNA) روی یکی از رشته های DNA است. mRNA کپی بخشی از یک مولکول DNA است که متشکل از یک یا گروهی از ژن های واقع در نزدیکی آن است که اطلاعاتی در مورد ساختار پروتئین ها را حمل می کند.

پخش -این سنتز پروتئین بر اساس کد ژنتیکی mRNA در اندامک های سلولی خاص - ریبوزوم ها است، جایی که RNA انتقالی (tRNA) اسیدهای آمینه را تحویل می دهد.

در پایان دهه 1950. دانشمندان روسی و فرانسوی به طور همزمان این فرضیه را مطرح کردند که تفاوت در فراوانی وقوع و ترتیب نوکلئوتیدها در DNA در موجودات مختلفدارای یک ویژگی خاص گونه است. این فرضیه امکان مطالعه تکامل موجودات زنده و ماهیت گونه زایی را در سطح مولکولی فراهم کرد.

چندین مکانیسم تغییرپذیری در سطح مولکولی وجود دارد. مهمترین آنها مکانیسم جهش ژنی ذکر شده است - تبدیل مستقیم خود ژن هاجدید،در کروموزوم، تحت تأثیر عوامل خارجی قرار دارد. عواملی که باعث جهش می شوند (جهش زاها) تشعشعات سمی هستند ترکیبات شیمیاییو همچنین ویروس ها. با این مکانیسم تنوع، ترتیب ژن ها روی کروموزوم تغییر نمی کند.

مکانیسم دیگر تغییرپذیری است نوترکیبی ژناین ایجاد ترکیبات جدیدی از ژن های واقع در یک کروموزوم خاص است. در عین حال، خودش پایه مولکولیژن تغییر نمی کند، بلکه از یک قسمت کروموزوم به قسمت دیگر حرکت می کند یا ژن ها بین دو کروموزوم رد و بدل می شوند. نوترکیبی ژن در طول تولیدمثل جنسی در ارگانیسم های بالاتر رخ می دهد. در این حالت، هیچ تغییری در حجم کل اطلاعات ژنتیکی ایجاد نمی شود، بدون تغییر باقی می ماند. این مکانیسم توضیح می دهد که چرا کودکان فقط تا حدی شبیه به والدین خود هستند -

آنها صفاتی را از هر دو ارگانیسم والد به ارث می برند که به طور تصادفی با هم ترکیب می شوند.

مکانیسم دیگر تغییرپذیری است نوترکیبی غیر کلاسیکجدید- فقط در دهه 1950 کشف شد. با نوترکیبی ژن غیرکلاسیک، به دلیل گنجاندن عناصر ژنتیکی جدید در ژنوم سلول، حجم اطلاعات ژنتیکی به طور کلی افزایش می یابد. اغلب، عناصر جدید توسط ویروس ها به سلول وارد می شوند. امروزه چندین نوع ژن قابل انتقال کشف شده است. از جمله آنها پلاسمیدها هستند که DNA دایره ای دو رشته ای هستند. به دلیل آنها، پس از استفاده طولانی مدت از هر دارو، اعتیاد رخ می دهد، پس از آن آنها دیگر اثر دارویی ندارند. باکتری های بیماری زا که داروی ما در برابر آنها عمل می کند به پلاسمیدها متصل می شوند که باعث مقاومت باکتری ها در برابر دارو می شود و آنها متوجه آن نمی شوند.

مهاجرت عناصر ژنتیکی می تواند هم باعث بازآرایی ساختاری در کروموزوم ها و هم جهش های ژنی شود. امکان استفاده از چنین عناصری توسط انسان منجر به ظهور علم جدیدی - مهندسی ژنتیک شده است که هدف آن ایجاد اشکال جدیدی از موجودات با خواص مشخص است. بنابراین با استفاده از روش‌های ژنتیکی و بیوشیمیایی، ترکیب‌های جدیدی از ژن‌هایی که در طبیعت وجود ندارند ساخته می‌شوند. برای انجام این کار، DNA کد کننده تولید پروتئینی با خواص مورد نظر اصلاح می شود. این مکانیسم زیربنای تمام بیوتکنولوژی های مدرن است.

با استفاده از DNA نوترکیب، می‌توانید ژن‌های مختلفی را سنتز کرده و آنها را به کلون‌ها (کلنی‌های موجودات مشابه) برای سنتز پروتئین هدفمند وارد کنید. بنابراین، در سال 1978، انسولین سنتز شد - پروتئینی برای درمان دیابت. ژن مورد نظر در یک پلاسمید وارد شده و به یک باکتری معمولی وارد شد.

متخصصان ژنتیک در حال تلاش برای ایجاد واکسن های ایمن در برابر عفونت های ویروسی هستند، زیرا واکسن های سنتی ویروس ضعیفی هستند که قرار است باعث تولید آنتی بادی شوند، بنابراین تجویز آنها با خطرات خاصی همراه است. مهندسی ژنتیک به دست آوردن DNA که لایه سطحی ویروس را رمزگذاری می کند، ممکن می سازد. در این مورد، ایمنی ایجاد می شود، اما عفونت بدن حذف می شود.

امروزه مهندسی ژنتیک با تغییر برنامه ژنتیکی انسان، موضوع افزایش امید به زندگی و امکان جاودانگی را مورد توجه قرار داده است. این را می توان با افزایش عملکرد آنزیم محافظ سلول، محافظت از مولکول های DNA از آسیب های مختلف مرتبط با اختلالات متابولیک و تأثیرات محیطی به دست آورد. علاوه بر این، دانشمندان موفق شدند رنگدانه پیری را کشف کنند و داروی خاصی بسازند که سلول ها را از آن آزاد می کند. در آزمایشات با ما-

شامی در طول عمر خود افزایش یافت. دانشمندان همچنین توانسته‌اند ثابت کنند که در زمان تقسیم سلولی، تلومرها - ساختارهای کروموزومی خاصی که در انتهای کروموزوم‌های سلولی قرار دارند - کوچک می‌شوند. واقعیت این است که در طول تکثیر DNA، یک ماده خاص - پلیمراز - از مارپیچ DNA پیروی می کند و یک کپی از آن می سازد. اما پلیمراز از همان ابتدا شروع به کپی کردن DNA نمی کند، بلکه هر بار یک نوک کپی نشده باقی می گذارد. بنابراین، با هر کپی بعدی، مارپیچ DNA به دلیل بخش های انتهایی که هیچ اطلاعاتی ندارند یا تلومرها کوتاه می شود. به محض اتمام تلومرها، نسخه های بعدی شروع به کاهش بخشی از DNA می کنند که حامل اطلاعات ژنتیکی است. این فرآیند پیری سلول است. در سال 1997، آزمایشی در ایالات متحده آمریکا و کانادا برای افزایش طول مصنوعی تلومرها انجام شد. برای این منظور از آنزیم سلولی تازه کشف شده تلومراز استفاده شد که باعث رشد تلومرها می شود. سلول‌هایی که از این طریق به دست می‌آیند توانایی تقسیم مکرر را به دست می‌آورند، به طور کامل خواص عملکردی طبیعی خود را حفظ می‌کنند و به سلول‌های سرطانی تبدیل نمی‌شوند.

که در اخیراموفقیت های مهندسان ژنتیک در زمینه شبیه سازی - تولید مثل دقیق یک جسم زنده خاص در تعداد معینی کپی از سلول های سوماتیک - به طور گسترده ای شناخته شده است. در این حالت، فرد بالغ از نظر ژنتیکی از ارگانیسم والد قابل تشخیص نیست.

به دست آوردن کلون از موجوداتی که از طریق پارتنوژنز تولید مثل می کنند، بدون لقاح قبلی، چیز خاصی نیست و از دیرباز مورد استفاده متخصصان ژنتیک بوده است. در موجودات بالاتر، موارد شبیه سازی طبیعی نیز شناخته شده است - تولد دوقلوهای همسان. اما به دست آوردن مصنوعی کلون های موجودات بالاتر با مشکلات جدی همراه است. با این حال، در فوریه 1997، روشی برای شبیه سازی پستانداران در آزمایشگاه یان ویلموت در ادینبورگ ایجاد شد و گوسفند دالی با کمک آن پرورش یافت. برای انجام این کار، تخم‌ها را از یک گوسفند بلک فیس اسکاتلندی جدا کردند، در یک محیط مغذی مصنوعی قرار دادند و هسته‌ها را از آنها جدا کردند. سپس سلول‌های غدد پستانی را از یک گوسفند بالغ باردار فنلاندی دورست که حامل مجموعه کامل ژنتیکی بود، گرفتند. پس از مدتی، این سلول‌ها با تخم‌های هسته‌دار ادغام شدند و رشد خود را از طریق آن فعال کردند تخلیه الکتریکی. جنین در حال رشد سپس به مدت 6 روز در یک محیط مصنوعی رشد کرد و پس از آن جنین ها به رحم مادر خوانده پیوند زده شدند و تا زمان تولد در آنجا رشد کردند. اما از 236 آزمایش، تنها یک آزمایش موفقیت آمیز بود - گوسفند دالی بزرگ شد.

پس از این، ویلموت امکان اساسی شبیه سازی انسان را اعلام کرد که باعث پرشورترین بحث ها شد

نه تنها در ادبیات علمی، بلکه در مجالس بسیاری از کشورها نیز وجود دارد، زیرا چنین احتمالی با مشکلات اخلاقی، اخلاقی و حقوقی بسیار جدی همراه است. تصادفی نیست که برخی کشورها قبلا قوانینی را برای منع شبیه سازی انسان تصویب کرده اند. به هر حال، بیشتر جنین های شبیه سازی شده می میرند. علاوه بر این، احتمال تولد ناهنجاری ها نیز زیاد است. بنابراین آزمایش های شبیه سازی نه تنها غیراخلاقی هستند، بلکه از نظر حفظ خلوص گونه ها نیز به سادگی خطرناک هستند. انسان خردمند. اطلاعاتی که در اوایل سال 2002 منتشر شد مبنی بر اینکه گوسفند دالی به ورم مفاصل مبتلا شده بود، که در گوسفندان شایع نیست، و باید به زودی کشته شود، تأیید شد که خطر بسیار زیاد بود.

بنابراین، یک حوزه تحقیقاتی بسیار امیدوارکننده‌تر، مطالعه ژنوم انسان (مجموعه‌ای از ژن‌ها) است. در سال 1988 به ابتکار جی واتسون ایجاد شد سازمان بین المللی"ژنوم انسان"، که دانشمندان بسیاری را گرد هم آورد کشورهای مختلفجهان و وظیفه رمزگشایی کل ژنوم انسان را تعیین کرد. این یک کار بزرگ است، زیرا تعداد ژن ها در بدن انسان از 50 تا 100 هزار متغیر است و کل ژنوم از بیش از 3 میلیارد جفت نوکلئوتید تشکیل شده است.

اعتقاد بر این است که اولین مرحله از این برنامه، مرتبط با رمزگشایی توالی جفت های نوکلئوتیدی، تا پایان سال 2005 تکمیل خواهد شد. کار برای ایجاد "اطلس" ژن ها، مجموعه ای از نقشه های آنها انجام شده است. اولین چنین نقشه ای در سال 1992 توسط D. Cohen و J. Dosset تهیه شد. در نسخه نهایی خود، در سال 1996 توسط J. Weissenbach ارائه شد، که با مطالعه کروموزوم زیر میکروسکوپ، از نشانگرهای ویژه برای علامت گذاری DNA بخش های مختلف آن استفاده کرد. سپس این بخش‌ها را شبیه‌سازی کرد، آنها را روی میکروارگانیسم‌ها رشد داد و قطعات DNA را به دست آورد - توالی نوکلئوتیدهای یک رشته DNA که کروموزوم‌ها را می‌سازند. بنابراین، ویزنباخ محلی سازی 223 ژن را تعیین کرد و حدود 30 جهش منجر به 200 بیماری از جمله فشار خون بالا، دیابت، ناشنوایی، نابینایی و تومورهای بدخیم را شناسایی کرد.

یکی از نتایج این برنامه، اگرچه کامل نیست، اما توانایی شناسایی آسیب شناسی های ژنتیکی در مراحل اولیه بارداری و ایجاد ژن درمانی - روشی برای درمان بیماری های ارثی با استفاده از ژن ها است. قبل از انجام روش ژن درمانی، آنها متوجه می شوند که کدام ژن معیوب است، یک ژن طبیعی به دست می آورند و آن را به تمام سلول های بیمار وارد می کنند. در این مورد، اطمینان از اینکه ژن معرفی شده تحت کنترل مکانیسم های سلولی کار می کند بسیار مهم است، در غیر این صورت یک سلول سرطانی به دست می آید. در حال حاضر اولین بیمارانی هستند که به این روش درمان شده اند. درست است، هنوز مشخص نیست که چگونه به طور ریشه ای درمان شده اند و

آیا این بیماری در آینده باز خواهد گشت. همچنین، عواقب طولانی مدت چنین درمانی هنوز مشخص نیست.

البته استفاده از بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک هم مثبت است و هم جنبه های منفی. این را یادداشتی که در سال 1996 توسط فدراسیون انجمن های میکروبیولوژیکی اروپا منتشر شد، نشان می دهد. این به این دلیل است که عموم مردم نسبت به فناوری های ژنتیکی مشکوک و دشمنی دارند. ترس ناشی از احتمال ایجاد یک بمب ژنتیکی است که می تواند ژنوم انسان را مخدوش کند و منجر به تولد افراد عجیب و غریب شود. ظهور بیماری های ناشناخته و تولید سلاح های بیولوژیکی.

و در نهایت، مشکل توزیع گسترده محصولات غذایی تراریخته ایجاد شده با معرفی ژن هایی که مانع از توسعه بیماری های ویروسی یا قارچی می شوند، اخیراً به طور گسترده مورد بحث قرار گرفته است. گوجه فرنگی و ذرت تراریخته قبلاً تولید و به فروش رسیده است. نان، پنیر و آبجوی تهیه شده با کمک میکروب های تراریخته به بازار عرضه می شود. چنین محصولاتی در برابر باکتری های مضر مقاوم هستند و کیفیت های بهبود یافته ای دارند - طعم، ارزش غذایی، قدرت و غیره. به عنوان مثال، تنباکوی مقاوم به ویروس، گوجه فرنگی و فلفل شیرین در چین کشت می شود. گوجه‌فرنگی‌های تراریخته مقاوم به عفونت باکتریایی، سیب‌زمینی و ذرت مقاوم در برابر قارچ‌ها هستند. اما عواقب طولانی مدت استفاده از چنین محصولاتی هنوز ناشناخته است، اول از همه مکانیسم تأثیر آنها بر بدن و ژنوم انسان.

البته در بیست سال استفاده از بیوتکنولوژی، هیچ اتفاقی که مردم از آن بیم داشته باشند، رخ نداده است. همه میکروارگانیسم‌های جدیدی که توسط دانشمندان ایجاد می‌شوند نسبت به شکل‌های اولیه‌شان کمتر بیماری‌زا هستند. تا به حال هیچ گونه انتشار مضر یا خطرناکی از موجودات نوترکیب وجود نداشته است. با این حال، دانشمندان مراقب هستند تا اطمینان حاصل کنند که سویه‌های تراریخته حاوی ژن‌هایی نیستند که با انتقال به باکتری‌های دیگر، اثرات خطرناکی داشته باشند. خطر نظری ایجاد انواع جدیدی از سلاح های باکتریولوژیکی بر اساس فناوری های ژنتیکی وجود دارد. بنابراین، دانشمندان باید این خطر را در نظر بگیرند و توسعه یک سیستم کنترل بین‌المللی قابل اعتماد را که بتواند چنین کارهایی را شناسایی و متوقف کند، ترویج کنند.

با در نظر گرفتن خطر احتمالی استفاده از فن آوری های ژنتیکی، اسنادی برای تنظیم استفاده از آنها، قوانین ایمنی برای انجام آنها تهیه شده است. تحقیقات آزمایشگاهیو توسعه صنعتی و همچنین قوانینی برای معرفی موجودات اصلاح شده ژنتیکی به محیط زیست.

بنابراین، اکنون اعتقاد بر این است که اگر اقدامات احتیاطی مناسب انجام شود، مزایای فناوری های ژنتیکی بر خطرات پیامدهای منفی احتمالی برتری دارد.

سلولیمرحله

در سطح سلولی سازمان، واحد اساسی ساختاری و عملکردی همه موجودات زنده سلول است. در سطح سلولی، و همچنین در سطح ژنتیکی مولکولی، یکنواختی همه موجودات زنده ذکر شده است. در همه موجودات، بیوسنتز و اجرای اطلاعات ارثی تنها در سطح سلولی امکان پذیر است. سطح سلولی در موجودات تک سلولی با سطح ارگانیسم منطبق است. تاریخ حیات در سیاره ما از این سطح سازمان آغاز شد.

امروزه علم دقیقاً ثابت کرده است که کوچکترین واحد مستقل ساختار، عملکرد و رشد یک موجود زنده سلول است.

سلولابتدایی را نشان می دهد سیستم بیولوژیکی، قادر به تجدید خود، بازتولید خود و توسعه، i.e. دارای تمام خصوصیات یک موجود زنده است.

ساختارهای سلولی زیربنای ساختار هر موجود زنده ای است، صرف نظر از اینکه ساختار آن چقدر متنوع و پیچیده به نظر می رسد. علمی که سلول های زنده را مطالعه می کند سیتولوژی نامیده می شود. این مطالعه ساختار سلول ها، عملکرد آنها به عنوان سیستم های زنده اولیه، بررسی عملکرد اجزای سلولی منفرد، فرآیند تولید مثل سلول، سازگاری آنها با شرایط محیطی و غیره است. سیتولوژی همچنین ویژگی های سلول های تخصصی، تشکیل سلول های خاص آنها را مطالعه می کند. توابع و توسعه ساختارهای سلولی خاص. بنابراین، سیتولوژی مدرن را می توان فیزیولوژی سلولی نامید. موفقیت های سیتولوژی مدرن به طور جدایی ناپذیری با دستاوردهای بیوشیمی، بیوفیزیک، زیست شناسی مولکولی و ژنتیک مرتبط است.

سیتولوژی بر این ادعا استوار است که همه موجودات زنده (حیوانات، گیاهان، باکتری ها) از سلول ها و محصولات متابولیکی آنها تشکیل شده اند. سلول های جدید با تقسیم سلول های از قبل موجود تشکیل می شوند. همه سلول ها از نظر مشابه هستند ترکیب شیمیاییو متابولیسم فعالیت ارگانیسم به عنوان یک کل شامل فعالیت و تعامل سلول های فردی است.

کشف وجود سلول ها در پایان اتفاق افتاد XVIIج، زمانی که میکروسکوپ اختراع شد. این سلول برای اولین بار توسط دانشمند انگلیسی R. Hooke در سال 1665 توصیف شد، زمانی که او یک تکه چوب پنبه را بررسی کرد. از آنجایی که میکروسکوپ او خیلی پیشرفته نبود، آنچه او دید در واقع دیواره هایی از سلول های مرده بود. تقریباً دویست سال طول کشید تا زیست شناسان آن را درک کنند نقش اصلیاین دیواره های سلول نیستند که بازی می کنند، بلکه محتویات داخلی آن هستند. از جمله سازندگان نظریه سلولی، باید A. Leeuwenhoek را نیز نام برد که نشان داد بافت بسیاری از گیاهان

ارگانیسم ها از سلول ها ساخته می شوند. او همچنین گلبول های قرمز، موجودات تک سلولی و باکتری ها را توصیف کرد. درست است، Leeuwenhoek، مانند سایر محققان قرن هفدهم، در سلول فقط پوسته ای حاوی یک حفره دید.

پیشرفت های قابل توجهی در مطالعه سلول ها در آغاز قرن نوزدهم رخ داد، زمانی که آنها به عنوان افرادی با خواص حیاتی. در دهه 1830. هسته سلول کشف و توصیف شد که توجه دانشمندان را به محتویات سلول جلب کرد. سپس امکان مشاهده تقسیم سلول های گیاهی وجود داشت. بر اساس این مطالعات، نظریه سلولی ایجاد شد که به بزرگترین رویداد زیست شناسی قرن نوزدهم تبدیل شد. این نظریه سلولی بود که شواهد قاطعی از وحدت همه طبیعت زنده ارائه کرد و به عنوان پایه ای برای توسعه جنین شناسی، بافت شناسی، فیزیولوژی، نظریه تکامل و همچنین درک رشد فردی ارگانیسم ها عمل کرد.

سیتولوژی با ایجاد ژنتیک و زیست شناسی مولکولی انگیزه قدرتمندی دریافت کرد. پس از این، اجزای جدید یا اندامک های سلولی کشف شد - غشاء، ریبوزوم، لیزوزوم و غیره.

با توجه به مفاهیم مدرن، سلول ها می توانند به عنوان ارگانیسم های مستقل (به عنوان مثال، تک یاخته)، یا به عنوان بخشی از موجودات چند سلولی وجود داشته باشند، جایی که سلول های زاینده برای تولید مثل و سلول های جسمی (سلول های بدن) وجود دارند. سلول های سوماتیک در ساختار و عملکرد متفاوت هستند - سلول های عصبی، استخوانی، ماهیچه ای و ترشحی وجود دارد. اندازه سلول ها می تواند از 0.1 میکرون (برخی باکتری ها) تا 155 میلی متر (یک تخم شترمرغ در پوسته) متفاوت باشد. یک موجود زنده توسط میلیاردها سلول مختلف (تا 1015) تشکیل شده است که شکل آنها می تواند عجیب ترین باشد (عنکبوت، ستاره، دانه برف و غیره).

مشخص شده است که علیرغم تنوع زیاد سلول ها و عملکردهایی که انجام می دهند، سلول های همه موجودات زنده از نظر ترکیب شیمیایی مشابه هستند: محتوای هیدروژن، اکسیژن، کربن و نیتروژن آنها به ویژه زیاد است (این عناصر شیمیایی بیش از 98٪ از کل محتویات سلول)؛ 2٪ از حدود 50 عنصر شیمیایی دیگر حاصل می شود.

سلول های موجودات زنده حاوی مواد معدنی - آب (به طور متوسط ​​تا 80٪) و نمک های معدنی و همچنین ترکیبات آلی هستند: 90٪ از جرم خشک سلول از پلیمرهای زیستی - پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها و لیپیدها تشکیل شده است. . و در نهایت، از نظر علمی ثابت شده است که تمام سلول ها از سه قسمت اصلی تشکیل شده اند:

غشای پلاسمایی، که انتقال مواد از محیط به سلول و برگشت را کنترل می کند.

سیتوپلاسم با ساختار متنوع؛

هسته سلول که حاوی اطلاعات ژنتیکی است.

علاوه بر این، تمام سلول های حیوانی و برخی از گیاهان حاوی سانتریول ها، ساختارهای استوانه ای هستند که مراکز سلول را تشکیل می دهند. سلول های گیاهی همچنین دارای دیواره سلولی (پوسته) و پلاستیدها هستند - ساختارهای سلولی تخصصی که اغلب حاوی رنگدانه هستند که رنگ سلول را تعیین می کند.

غشای سلولیشامل دو لایه مولکول از مواد چربی مانند است که بین آنها مولکول های پروتئینی وجود دارد. غشاء غلظت طبیعی نمک ها را در داخل سلول حفظ می کند. اگر غشاء آسیب ببیند، سلول می میرد.

سیتوپلاسممحلول آب نمکی است که آنزیم ها و سایر مواد در آن حل و معلق است. اندامک ها در سیتوپلاسم قرار دارند - اندام های کوچکی که توسط غشاهای خود از محتویات سیتوپلاسم جدا شده اند. در میان آنها - میتوکندری- تشکیلات کیسه مانند با آنزیم های تنفسی که در آنها انرژی آزاد می شود. همچنین در سیتوپلاسم قرار دارد ریبوزوم هامتشکل از پروتئین و RNA است که با کمک آنها بیوسنتز پروتئین در سلول انجام می شود. En-شبکه پیش پلاسمیک- این یک سیستم گردش خون درون سلولی عمومی است که از طریق کانال های آن مواد منتقل می شود و روی غشای کانال ها آنزیم هایی وجود دارد که فعالیت حیاتی سلول را تضمین می کند. نقش مهمی در سلول دارد چسبمرکز دقیق،متشکل از دو سانتریول فرآیند تقسیم سلولی را آغاز می کند.

مهمترین قسمت تمام سلول ها (به جز باکتری ها) است هسته،که حاوی کروموزوم ها - اجسام نخ مانند بلند متشکل از DNA و پروتئین متصل به آن است. هسته اطلاعات ژنتیکی را ذخیره و بازتولید می کند و همچنین فرآیندهای متابولیک را در سلول تنظیم می کند.

سلول ها با تقسیم سلول اصلی به دو سلول دختر تولید مثل می کنند. در این حالت مجموعه کاملی از کروموزوم های حامل اطلاعات ژنتیکی به سلول های دختر منتقل می شود، بنابراین تعداد کروموزوم ها قبل از تقسیم دو برابر می شود. این تقسیم سلولی که توزیع برابر مواد ژنتیکی بین سلول های دختر را تضمین می کند، نامیده می شود میتوز

ارگانیسم های چند سلولی نیز از یک سلول منفرد یعنی تخمک رشد می کنند. با این حال، در طول جنین زایی، سلول ها تغییر می کنند. این منجر به ظهور بسیاری از سلول های مختلف - عضله، عصب، خون و غیره می شود. سلول های مختلف پروتئین های مختلفی را سنتز می کنند. با این حال، هر سلول یک ارگانیسم چند سلولی در درون خود مجموعه کاملی از اطلاعات ژنتیکی را برای ساخت تمام پروتئین های لازم برای ارگانیسم حمل می کند.

بسته به نوع سلول، همه موجودات به دو گروه تقسیم می شوند:

پروکاریوت ها -سلول های فاقد هسته در آنها، مولکول های DNA توسط یک غشای هسته ای احاطه نشده اند و در کروموزوم ها سازماندهی نمی شوند. پروکاریوت ها شامل باکتری ها هستند.

یوکاریوت ها- سلول های حاوی هسته علاوه بر این، آنها حاوی میتوکندری هستند - اندامک هایی که فرآیند اکسیداسیون در آنها انجام می شود. یوکاریوت ها شامل تک یاخته ها، قارچ ها، گیاهان و جانوران هستند، بنابراین می توانند تک سلولی یا چند سلولی باشند.

بنابراین، بین پروکاریوت ها و یوکاریوت ها تفاوت های قابل توجهی در ساختار و عملکرد دستگاه ژنتیکی، دیواره های سلولی و سیستم های غشایی، سنتز پروتئین و غیره وجود دارد. فرض بر این است که اولین موجوداتی که روی زمین ظاهر شدند پروکاریوت ها بودند. این باور تا دهه 1960 وجود داشت، زمانی که مطالعه عمیق سلول منجر به کشف آرکی‌باکتری‌هایی شد که ساختار آن‌ها مشابه پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌ها است. این پرسش که کدام موجودات تک سلولی قدیمی تر هستند و امکان وجود اولین سلول مشخصی که بعداً هر سه خط تکاملی از آن پدید آمدند، هنوز باز است.

دانشمندان با مطالعه یک سلول زنده، توجه خود را به وجود دو نوع اصلی تغذیه آن جلب کردند که به همه موجودات اجازه می دهد طبق روش تغذیه به دو نوع تقسیم شوند:

اتوتروفارگانیسم ها - موجوداتی که به غذای ارگانیک نیاز ندارند و می توانند فعالیت های زندگی را از طریق جذب دی اکسید کربن (باکتری ها) یا فتوسنتز (گیاهان) انجام دهند. خود اتوتروف ها مواد مغذی مورد نیاز خود را تولید می کنند.

هتروتروفارگانیسم ها همه موجوداتی هستند که بدون غذای ارگانیک نمی توانند زنده بمانند.

بعدها عوامل مهمی مانند توانایی موجودات زنده در سنتز مواد لازم (ویتامین ها، هورمون ها و غیره) و تامین انرژی خود، وابستگی به محیط زیست محیطی و غیره روشن شد.بنابراین ماهیت پیچیده و متمایز روابط تغذیه ای نشان می دهد. نیاز رویکرد سیستماتیکبه مطالعه زندگی و در سطح انتوژنتیک. اینگونه است که مفهوم سیستماتیک عملکردی توسط P.K. آنوخین که بر اساس آن در موجودات تک سلولی و چند سلولی اجزای مختلف سیستم ها به طور هماهنگ عمل می کنند. در عین حال، اجزای منفرد عملکرد هماهنگ دیگران را تسهیل و ترویج می کنند و از این طریق وحدت و یکپارچگی را در اجرای فرآیندهای حیاتی کل ارگانیسم تضمین می کنند. سازگاری عملکردی نیز در این واقعیت آشکار می شود که فرآیندها در سطوح پایین ترسازماندهی شده توسط ارتباطات عملکردی در بالاترین سطوح سازمان. سیستماتیک عملکردی به ویژه در موجودات چند سلولی قابل توجه است.

آنتوژنتیکمرحله. چند سلولیارگانیسم ها

واحد اساسی زندگی در سطح انتوژنتیک فرد است و پدیده ابتدایی آنتوژنز است. یک فرد بیولوژیکی می تواند یک ارگانیسم تک سلولی یا چند سلولی باشد، اما در هر صورت نشان دهنده یک سیستم یکپارچه و خود بازتولید کننده است.

آنتوژنزفرآیند رشد فردی یک ارگانیسم از بدو تولد از طریق تغییرات متوالی مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی تا زمان مرگ، فرآیند تحقق اطلاعات ارثی است.

حداقل سیستم زنده، بلوک ساختمانی حیات، سلول است که توسط سیتولوژی مطالعه می شود. عملکرد و رشد موجودات زنده چند سلولی موضوع فیزیولوژی است. در حال حاضر، یک نظریه یکپارچه از آنتوژنز ایجاد نشده است، زیرا علل و عوامل تعیین کننده رشد فردی ارگانیسم ایجاد نشده است.

همه موجودات چند سلولی به سه پادشاهی تقسیم می شوند: قارچ ها، گیاهان و حیوانات. فعالیت حیاتی موجودات چند سلولی و همچنین عملکرد بخش های جداگانه آنها توسط فیزیولوژی مورد مطالعه قرار می گیرد. این علم مکانیسم های اجرای عملکردهای مختلف توسط یک موجود زنده، رابطه آنها با یکدیگر، تنظیم و انطباق ارگانیسم با محیط خارجی، منشاء و شکل گیری در فرآیند تکامل و رشد فردی فرد را بررسی می کند. در واقع، این فرآیند انتوژنز است - رشد ارگانیسم از تولد تا مرگ. در این صورت رشد، حرکت تک تک ساختارها، تمایز و عارضه کلی ارگانیسم رخ می دهد.

فرآیند انتوژنز بر اساس قانون بیوژنتیک معروف فرموله شده توسط E. Haeckel، نویسنده اصطلاح "ontogenesis" توصیف شده است. قانون بیوژنتیک بیان می کند که انتوژن به صورت مختصر فیلوژنی را تکرار می کند، یعنی. یک ارگانیسم منفرد در رشد فردی خود به صورت مختصر تمام مراحل رشد گونه خود را طی می کند. بنابراین، انتوژنی نشان دهنده اجرای اطلاعات ارثی رمزگذاری شده در سلول زایا و همچنین بررسی سازگاری تمام سیستم های بدن در طول کار و سازگاری با محیط است.

همه موجودات چند سلولی از اندام ها و بافت ها تشکیل شده اند. بافت ها گروهی از سلول ها و مواد بین سلولی هستند که از نظر فیزیکی برای انجام عملکردهای خاصی با هم متحد شده اند. مطالعه آنها

موضوع بافت شناسی است. بافت ها می توانند از سلول های یکسان یا متفاوت تشکیل شوند. به عنوان مثال، در حیوانات، اپیتلیوم سنگفرشی از سلول های یکسان و بافت ماهیچه ای، عصبی و همبند از سلول های مختلف ساخته می شود.

اندام ها واحدهای عملکردی نسبتاً بزرگی هستند که بافت های مختلف را در مجتمع های فیزیولوژیکی خاصی متحد می کنند. فقط حیوانات اندام داخلی دارند، گیاهان آن را ندارند. به نوبه خود، اندام ها بخشی از واحدهای بزرگتر هستند - سیستم های بدن. از جمله آنها می توان به سیستم عصبی، گوارشی، قلبی عروقی، تنفسی و غیره اشاره کرد.

در واقع، یک موجود زنده یک خاص است محیط داخلیموجود در محیط خارجی در نتیجه تعامل ژنوتیپ (مجموعه ژنهای یک موجود زنده) با فنوتیپ (یک پیچیده) ایجاد می شود. نشانه های بیرونیارگانیسمی که در طول رشد فردی خود شکل گرفته است). بنابراین، یک ارگانیسم یک سیستم پایدار از اندام ها و بافت های داخلی موجود در محیط خارجی است. با این حال، از آنجایی که نظریه عمومیآنتوژنز هنوز ایجاد نشده است؛ بسیاری از فرآیندهایی که در طول رشد یک ارگانیسم رخ می دهند، توضیح کامل خود را دریافت نکرده اند.

جمعیت- گونه هامرحله

سطح جمعیت-گونه یک سطح فوق ارگانیسمی از زندگی است که واحد اصلی آن جمعیت است.

جمعیت- مجموعه ای از افراد یک گونه، نسبتاً جدا از گروه های دیگر همان گونه، که قلمرو خاصی را اشغال می کنند، خود را در مدت زمان طولانی تولید مثل می کنند و دارای یک استخر ژنتیکی مشترک هستند.

بر خلاف جمعیت چشم اندازمجموعه‌ای از افراد است که از نظر ساختار و ویژگی‌های فیزیولوژیکی مشابه هستند، منشأ مشترکی دارند و می‌توانند آزادانه با هم ترکیب شوند و فرزندان بارور تولید کنند. یک گونه فقط از طریق جمعیت ها وجود دارد که از نظر ژنتیکی سیستم های باز هستند. زیست شناسی جمعیت مطالعه جمعیت ها است.

در طبیعت واقعی، افراد از یکدیگر جدا نیستند، بلکه در سیستم‌های زنده‌ای با رتبه بالاتر متحد می‌شوند. اولین چنین سیستمی جمعیت است.

اصطلاح "جمعیت" توسط یکی از بنیانگذاران ژنتیک، V. Johansen، که به اصطلاح مجموعه ای از ارگانیسم های ناهمگن ژنتیکی نامیده می شود، متفاوت از یک مجموعه همگن - یک خط خالص، معرفی شد. بعداً این اصطلاح بیشتر شد

یکپارچگی جمعیت ها که در ظهور ویژگی های جدید در مقایسه با سطح انتوژنتیکی زندگی آشکار می شود، با تعامل افراد در جمعیت ها تضمین می شود و از طریق تبادل اطلاعات ژنتیکی در فرآیند تولید مثل جنسی بازآفرینی می شود. هر جمعیت دارای مرزهای کمی است. از یک سو، این حداقل تعداد است که بازتولید خود جمعیت را تضمین می کند و از سوی دیگر، حداکثر افرادی است که می توانند در منطقه (زیستگاه) یک جمعیت معین تغذیه کنند. جمعیت به طور کلی با پارامترهایی مانند امواج زندگی - نوسانات دوره ای در تعداد، تراکم جمعیت، نسبت گروه های سنی و جنسیت، مرگ و میر و غیره مشخص می شود.

جمعیت ها از نظر ژنتیکی سیستم های باز هستند، زیرا جداسازی جمعیت ها مطلق نیست و تبادل اطلاعات ژنتیکی به صورت دوره ای امکان پذیر است. این جمعیت ها هستند که به عنوان واحدهای اولیه تکامل عمل می کنند؛ تغییرات در مخزن ژنی آنها منجر به ظهور گونه های جدید می شود.

سطح جمعیت سازمان زندگی با تحرک فعال یا غیرفعال همه اجزای جمعیت مشخص می شود. این مستلزم حرکت مداوم افراد - اعضای جمعیت است. باید توجه داشت که هیچ جمعیتی مطلقاً همگن نیست، بلکه همیشه از گروه های درون جمعیتی تشکیل شده است. همچنین باید به یاد داشته باشید که جمعیت هایی با رتبه های مختلف وجود دارد - جمعیت های جغرافیایی دائمی، نسبتاً مستقل و جمعیت های محلی موقت (فصلی) وجود دارد. در عین حال، تعداد و پایداری بالا فقط در جمعیت هایی حاصل می شود که دارای ساختار سلسله مراتبی و فضایی پیچیده هستند، یعنی. ناهمگن، ناهمگن، دارای زنجیره غذایی پیچیده و طولانی هستند. بنابراین، از دست دادن حداقل یک پیوند از این ساختار منجر به نابودی جمعیت یا از بین رفتن ثبات آن می شود.

بیوسنوتیکمرحله

جمعیت هایی که اولین سطح فوق ارگانیسمی زندگی را نشان می دهند، که واحدهای اولیه تکامل هستند، قادر به وجود مستقل و دگرگونی هستند، در مجموع سطح فوق ارگانیسم بعدی - بیوسنوزها متحد می شوند.

بیوسنوز- مجموع همه موجودات ساکن در یک منطقه از محیط زیست با شرایط زندگی همگن، به عنوان مثال، جنگل، چمنزار، باتلاق و غیره. به عبارت دیگر، بیوسنوز مجموعه ای از جمعیت هایی است که در یک قلمرو خاص زندگی می کنند.

به طور معمول، بیوسنوزها از چندین جمعیت تشکیل شده اند و جزء جدایی ناپذیر جمعیت بیشتری هستند سیستم پیچیده- بیوژئوسنوز

بیوژئوسنوتیکمرحله

بیوژئوسنوز- یک سیستم دینامیکی پیچیده، که مجموعه ای از عناصر زنده و غیر زنده است که با تبادل ماده، انرژی و اطلاعات به هم پیوسته اند، که در آن گردش مواد در طبیعت می تواند انجام شود.

این بدان معنی است که بیوژئوسنوز یک سیستم پایدار است که می تواند برای مدت طولانی وجود داشته باشد. تعادل در یک سیستم زنده پویا است، یعنی. نشان دهنده یک حرکت ثابت در اطراف یک نقطه خاص از ثبات است. برای عملکرد پایدار یک سیستم زنده، لازم است ارتباطات بازخوردی بین زیرسیستم های کنترل شده و کنترل شده آن وجود داشته باشد. این روش حفظ تعادل دینامیکی نامیده می شود هموستازاختلال در تعادل دینامیکی بین عناصر مختلف بیوژئوسنوز، که در اثر تکثیر انبوه برخی از گونه‌ها و کاهش یا ناپدید شدن گونه‌های دیگر ایجاد می‌شود و منجر به تغییر در کیفیت محیط می‌شود، نامیده می‌شود. فاجعه زیست محیطی

اصطلاح "biogeocenosis" در سال 1940 توسط گیاه شناس روسی V.N. سوکاچف که از این اصطلاح برای تعیین همکار استفاده کرد

مجموعه ای از همگن پدیده های طبیعی(جو، سنگها، منابع آب، پوشش گیاهی، جانوران، خاک)، در سطحی از سطح زمین پراکنده شده و دارای نوع خاصی از تبادل ماده و انرژی بین آنها و عناصر اطراف است که نشان دهنده یک وحدت متناقض است. بیوژئوسنوز که نمایانگر وحدت موجودات زنده و غیر زنده است، در حرکت و توسعه دائمی است و بنابراین در طول زمان تغییر می کند.

Biogeocenosis یک سیستم خودتنظیم یکپارچه است که در آن چندین نوع زیرسیستم متمایز می شوند:

سیستم های اولیه - تهیه کنندگان(تولید)، پردازش مستقیم مواد غیر زنده (جلبک ها، گیاهان، میکروارگانیسم ها).

مصرف کنندگان مرتبه اول- سطح ثانویه، که در آن ماده و انرژی از طریق استفاده از تولیدکنندگان (گیاهخواران) به دست می آید.

مصرف کنندگان درجه دوم(شکارچیان و غیره)؛

لاشخورها (ساپروفیت ها)و ساپروفاژها)تغذیه از حیوانات مرده؛

تجزیه کننده ها -این گروهی از باکتری ها و قارچ ها هستند که بقایای مواد آلی را تجزیه می کنند.

در نتیجه فعالیت حیاتی ساپروفیت ها، ساپروفاژها و تجزیه کننده ها به خاک باز می گردند. مواد معدنیکه باعث افزایش باروری و تغذیه گیاه می شود. بنابراین لاشخورها و تجزیه کننده ها بخش بسیار مهمی از زنجیره های غذایی هستند.

چرخه مواد در بیوژئوسنوز از این سطوح عبور می کند - زندگی در استفاده، پردازش و بازسازی شرکت می کند. ساختارهای مختلف. اما چرخه انرژی رخ نمی دهد: حدود 10٪ از انرژی دریافت شده در سطح قبلی از یک سطح به سطح دیگر منتقل می شود. جریان معکوس از 0.5٪ تجاوز نمی کند. به عبارت دیگر، در بیوژئوسنوز یک جریان انرژی یک طرفه وجود دارد. این آن را به یک سیستم باز تبدیل می کند که به طور جدایی ناپذیری با بیوژئوسنوزهای همسایه مرتبط است. این ارتباط به شکل های مختلف خود را نشان می دهد: گازی، مایع، جامد و همچنین به صورت مهاجرت حیوانات.

خودتنظیمی بیوژئوسنوزها هر چه تعداد عناصر تشکیل دهنده آن متنوع تر باشد موفقیت آمیزتر است. پایداری بیوژئوسنوزها به تنوع اجزا بستگی دارد. از دست دادن یک یا چند جزء می تواند منجر به عدم تعادل برگشت ناپذیر بیوژئوسنوز و مرگ آن به عنوان یک سیستم یکپارچه شود. بنابراین، بیوژئوسنوزهای گرمسیری به دلیل مقدار زیادیگیاهان و حیوانات موجود در آنها بسیار پایدارتر از بیوژئوسنوزهای معتدل یا قطبی هستند که از نظر تنوع گونه ای فقیرتر هستند. به همین دلیل دریاچه که هست

این یک بیوژئوسنوز طبیعی با تنوع کافی از موجودات زنده است که بسیار پایدارتر از برکه ای است که توسط انسان ایجاد شده است و بدون مراقبت مداوم نمی تواند وجود داشته باشد. این به دلیل این واقعیت است که موجودات بسیار سازمان یافته برای وجود خود به ارگانیسم های ساده تری نیاز دارند که با زنجیره های تغذیه ای به آنها متصل می شوند. بنابراین، پایه و اساس هر بیوژئوسنوز، ساده ترین و پایین ترین موجودات، عمدتاً میکروارگانیسم ها و گیاهان اتوتروف است. آنها به طور مستقیم با اجزای غیرزیست بیوژئوسنوز - جو، آب، خاک، انرژی خورشیدی که برای ایجاد مواد آلی استفاده می شود، مرتبط هستند. آنها همچنین محیط زندگی ارگانیسم های هتروتروف - حیوانات، قارچ ها، ویروس ها، انسان ها را تشکیل می دهند. این موجودات به نوبه خود در چرخه زندگی گیاهان شرکت می کنند - گرده افشانی، توزیع میوه ها و دانه ها. به این ترتیب گردش مواد در بیوژئوسنوز رخ می دهد که گیاهان در آن نقش اساسی دارند. بنابراین، مرزهای بیوژئوسنوزها اغلب با مرزهای جوامع گیاهی منطبق است.

بیوژئوسنوزها عناصر ساختاری سطح فوق ارگانیسم بعدی زندگی هستند. آنها زیست کره را تشکیل می دهند و تمام فرآیندهای رخ داده در آن را تعیین می کنند.

بیوسفرمرحله

سطح بیوسفر بالاترین سطح سازماندهی حیات است که همه پدیده های حیات در سیاره ما را پوشش می دهد.

بیوسفر- این ماده زنده سیاره (مجموع همه موجودات زنده روی کره زمین، از جمله انسان) و محیطی است که توسط آن تغییر شکل داده است.

متابولیسم بیوتیک عاملی است که تمام سطوح دیگر سازمان زندگی را در یک بیوسفر متحد می کند.

در سطح بیوسفر، گردش مواد و تبدیل انرژی مرتبط با فعالیت زندگی همه موجودات زنده ساکن روی زمین وجود دارد. بنابراین، زیست کره یکی است سیستم اکولوژیکی. مطالعه عملکرد این سیستم، ساختار و عملکرد آن مهمترین وظیفه زیست شناسی است. اکولوژی، بیوسنولوژی و بیوژئوشیمی این مشکلات را مطالعه می کنند.

در نظام جهان بینی علمی مدرن، مفهوم زیست کره جایگاه کلیدی را اشغال می کند. اصطلاح "زیست کره" خود در سال 1875 ظاهر شد. توسط زمین شناس و دیرینه شناس اتریشی E. Suess برای تعیین یک کره مستقل از سیاره ما معرفی شد.

تو که زندگی در او وجود دارد سوس بیوسفر را مجموعه ای از موجودات محدود در فضا و زمان و زندگی در سطح زمین تعریف کرد. اما او به زیستگاه این موجودات اهمیتی نداد.

با این حال، سوس پیشگام نبود، زیرا توسعه دکترین بیوسفر سابقه نسبتا طولانی دارد. یکی از اولین کسانی که به مسئله تأثیر موجودات زنده بر فرآیندهای زمین شناسی توجه کرد، J.B. Lamarck در کتاب خود "Hydrogeology" (1802) بود. به طور خاص، لامارک گفت که تمام موادی که در سطح زمین قرار دارند و پوسته آن را تشکیل می دهند به دلیل فعالیت موجودات زنده تشکیل شده اند. سپس اثر بزرگ چند جلدی A. Humboldt "Cosmos" وجود داشت (اولین کتاب در سال 1845 منتشر شد) که در آن بسیاری از حقایق برهمکنش موجودات زنده را با پوسته های زمین که آنها در آن نفوذ می کنند ثابت کردند. بنابراین، هومبولت جو، هیدروسفر و زمین با موجودات زنده ساکن در آنها را به عنوان یک پوسته منفرد از زمین، یک سیستم یکپارچه در نظر گرفت.

اما هنوز چیزی در مورد نقش زمین شناسی بیوسفر، وابستگی آن به عوامل سیاره ای زمین، ساختار و عملکرد آن گفته نشده است. توسعه دکترین بیوسفر به طور جدایی ناپذیری با نام دانشمند برجسته روسی V.I. ورنادسکی. مفهوم او به تدریج توسعه یافت، از اولین کار دانشجویی "در مورد تغییر خاک استپ ها توسط جوندگان" به "ماده زنده"، "زیست کره" و "مقالات بیوژئوشیمیایی". نتایج افکار او در آثار خلاصه شد. ساختار شیمیاییبیوسفر زمین» و «اندیشه‌های فلسفی یک طبیعت‌گرا» که روی آن‌ها کار کرده است. دهه های گذشتهزندگی خود. این ورنادسکی بود که توانست ارتباط بین دنیای ارگانیک سیاره ما را که به عنوان یک کل غیرقابل تقسیم واحد عمل می کند و فرآیندهای زمین شناسی روی زمین ثابت کند؛ او بود که عملکردهای بیوژئوشیمیایی ماده زنده را کشف و مطالعه کرد.

مفهوم کلیدی در مفهوم ورنادسکی مفهوم بود ماده زنده،که توسط آن دانشمند کلیت همه موجودات زنده روی سیاره ما، از جمله انسان را درک کرد. در ترکیب ماده زنده، بخشی از محیط خارجی اطراف آن را نیز شامل می شود که برای حفظ عملکرد طبیعی موجودات ضروری است. ترشحات و قطعات از دست رفته توسط موجودات؛ موجودات مرده، و همچنین مخلوط های آلی واقع در خارج از موجودات. ورنادسکی مهمترین تفاوت بین ماده زنده و ماده بی اثر را عدم تقارن مولکولی موجودات زنده می دانست که در زمان او توسط پاستور کشف شد (کایرالیته مولکولی بر اساس اصطلاحات مدرن). ورنادسکی با استفاده از این مفهوم توانست ثابت کند که نه تنها محیط بر موجودات زنده تأثیر می گذارد، بلکه حیات نیز قادر به شکل دهی مؤثر است.

زیستگاه آنها در واقع، در سطح یک ارگانیسم فردی یا بیوسنوز، ردیابی تأثیر حیات بر محیط بسیار دشوار است. اما ورنادسکی با معرفی مفهومی جدید به سطح کیفی جدیدی از تجزیه و تحلیل زندگی و موجودات زنده - سطح بیوسفر - رسید.

به گفته ورنادسکی، بیوسفر ماده زنده سیاره (مجموع همه موجودات زنده زمین) و زیستگاه تغییر یافته توسط آن (ماده بی اثر، عناصر غیر زنده) است که شامل هیدروسفر، قسمت پایین جو است. و قسمت بالاپوسته زمین. بنابراین، بیولوژیکی، زمین شناسی یا مفهوم جغرافیاییو مفهوم بنیادی بیوژئوشیمی علم جدیدی است که توسط ورنادسکی برای مطالعه فرآیندهای ژئوشیمیایی در حال وقوع در بیوسفر با مشارکت موجودات زنده ایجاد شده است. در علم جدید، زیست کره یکی از اصلی ترین ها نامیده می شود اجزای ساختاریسازمان سیاره ما و نزدیک زمین فضای بیرونی. این منطقه ای است که در آن فرآیندهای بیوانرژیک و متابولیسم به دلیل فعالیت های زندگی رخ می دهد.

به لطف یک رویکرد جدید، ورنادسکی زندگی را به عنوان یک نیروی زمین شناسی قدرتمند که به طور موثر ظاهر زمین را شکل می دهد، بررسی کرد. ماده زنده پیوندی شد که تاریخ عناصر شیمیایی را با تکامل بیوسفر پیوند داد. معرفی یک مفهوم جدید همچنین امکان طرح و حل مسئله مکانیسم های فعالیت زمین شناسی ماده زنده و منابع انرژی برای این را فراهم کرد.

ماده زنده و ماده بی اثر دائماً در بیوسفر زمین - در یک چرخه پیوسته از عناصر شیمیایی و انرژی - با هم تعامل دارند. ورنادسکی در مورد جریان بیوژنیک اتم ها نوشت که توسط ماده زنده ایجاد می شود و در فرآیندهای ثابت تنفس، تغذیه و تولید مثل بیان می شود. به عنوان مثال، چرخه نیتروژن با تبدیل نیتروژن مولکولی اتمسفر به نیترات مرتبط است. نیترات ها توسط گیاهان جذب می شوند و به عنوان بخشی از پروتئین آنها به حیوانات می رسند. پس از مرگ گیاهان و جانوران، بدن آنها به خاک می رسد، جایی که باکتری های فاسد، بقایای آلی را به آمونیاک تجزیه می کنند و سپس به اسید نیتریک اکسید می شوند.

روی زمین تجدید مداوم زیست توده (بیش از 7-8 سال) وجود دارد، در حالی که عناصر غیر زنده زیست کره در چرخه دخیل هستند. به عنوان مثال، آب های اقیانوس جهانی حداقل 300 بار چرخه بیوژنیک مرتبط با فتوسنتز را طی کردند و اکسیژن آزاد جو حداقل 1 میلیون بار تجدید شد.

ورنادسکی همچنین خاطرنشان کرد که مهاجرت بیوژنیک عناصر شیمیایی در بیوسفر به حداکثر تجلی خود تمایل دارد و تکامل گونه ها منجر به ظهور گونه های جدیدی می شود که مهاجرت بیوژنیک اتم ها را افزایش می دهد.

ورنادسکی همچنین اولین کسی بود که اشاره کرد که ماده زنده تمایل دارد تا زیستگاه را به حداکثر برساند و مقدار ماده زنده در بیوسفر در تمام دوران های زمین شناسی ثابت می ماند. این ارزش حداقل در 60 میلیون سال گذشته تغییر نکرده است. تعداد گونه ها نیز بدون تغییر باقی ماند. اگر در جایی از زمین تعداد گونه ها کاهش یابد، در جایی دیگر افزایش می یابد. امروزه ناپدید شدن تعداد زیادی از گونه های گیاهی و جانوری با گسترش انسان و فعالیت های غیرمنطقی او برای دگرگونی طبیعت همراه است. جمعیت زمین به دلیل مرگ گونه های دیگر در حال افزایش است.

به لطف مهاجرت بیوژنیک اتم ها، ماده زنده عملکردهای ژئوشیمیایی خود را انجام می دهد. علم مدرنآنها را به پنج دسته طبقه بندی می کند:

تابع تمرکز- در تجمع برخی از عناصر شیمیایی در داخل و خارج موجودات زنده به دلیل فعالیت آنها بیان می شود. نتیجه ظهور ذخایر معدنی (سنگ آهک، نفت، گاز، زغال سنگ و غیره) بود.

عملکرد حمل و نقل- ارتباط نزدیکی با عملکرد غلظت دارد، زیرا موجودات زنده عناصر شیمیایی مورد نیاز خود را حمل می کنند، که سپس در زیستگاه آنها تجمع می یابد.

عملکرد انرژی -جریان های انرژی را فراهم می کند که به بیوسفر نفوذ می کند، که انجام تمام عملکردهای بیوژئوشیمیایی ماده زنده را ممکن می کند. مهمترین نقش را در این فرآیند گیاهان فتوسنتزی ایفا می کنند که تبدیل می شوند انرژی خورشیدیبه انرژی بیوژئوشیمیایی ماده زنده در بیوسفر. این انرژی صرف تمام دگرگونی های باشکوه ظاهر سیاره ما می شود.

عملکرد مخرب -مرتبط با تخریب و پردازش بقایای آلی، که در طی آن مواد انباشته شده توسط ارگانیسم ها به چرخه های طبیعی باز می گردند، گردش مواد در طبیعت اتفاق می افتد.

عملکرد تشکیل دهنده محیط- در دگرگونی محیط تحت تأثیر ماده زنده خود را نشان می دهد. با اطمینان می توان گفت که کل ظاهر مدرن زمین - ترکیب جو، هیدروسفر، لایه بالایی لیتوسفر، بیشتر مواد معدنی، آب و هوا - نتیجه عمل زندگی است. بنابراین، گیاهان سبز اکسیژن را برای زمین فراهم می کنند و انرژی را انباشته می کنند، میکروارگانیسم ها در کانی سازی مواد آلی، تشکیل تعدادی سنگ و تشکیل خاک شرکت می کنند.

علیرغم انبوهی از وظایفی که ماده زنده و بیوسفر زمین حل می کنند، خود زیست کره (در مقایسه با سایر ژئوسفرها) یک فیلم بسیار نازک است. امروزه به طور کلی پذیرفته شده است که حیات میکروبی در جو تا حدود 20-22 کیلومتری سطح زمین رخ می دهد و وجود حیات در حوضه های عمیق اقیانوسی این حد را به 8-11 کیلومتر زیر سطح دریا کاهش می دهد. تعمیق زندگی در پوسته زمینبسیار کمتر، و میکروارگانیسم ها در حفاری عمیق و در آب های سازند کمتر از 2-3 کیلومتر کشف شدند. ورنادسکی در بیوسفر گنجانده شده است:

ماده زنده؛

ماده بیوژنیک - ماده ای که توسط موجودات زنده (زغال سنگ، نفت، گاز و غیره) ایجاد و پردازش می شود.

ماده بی اثر که در فرآیندها بدون مشارکت ماده زنده تشکیل شده است.

مواد ایجاد شده توسط موجودات زنده و فرآیندهای بی اثر و تعادل دینامیکی آنها.

مواد در حال تجزیه رادیواکتیو؛

اتم های پراکنده ای که تحت تأثیر تشعشعات کیهانی از ماده زمینی آزاد می شوند.

ماده ای با منشاء کیهانی، شامل اتم ها و مولکول های منفرد که از فضا به زمین نفوذ می کنند.

البته، حیات در بیوسفر به طور نابرابر توزیع شده است؛ به اصطلاح غلظت و نادر شدن حیات وجود دارد. پرتراکم ترین مناطق، لایه های زیرین جو (50 متر از سطح زمین)، لایه های نورانی هیدروسفر و لایه های بالایی لیتوسفر (خاک) هستند. همچنین باید توجه داشت که مناطق گرمسیری بسیار متراکم تر از بیابان ها یا مناطق یخی قطب شمال و قطب جنوب هستند. در اعماق پوسته زمین، اقیانوس و همچنین بالاتر از جو، مقدار ماده زنده کاهش می یابد. بنابراین، این نازک‌ترین لایه حیات کاملاً کل زمین را می‌پوشاند و هیچ جای دیگری در سیاره ما باقی نمی‌ماند که در آن حیات وجود نداشته باشد. در عین حال، هیچ مرز مشخصی بین بیوسفر و پوسته های زمین اطراف وجود ندارد.

برای مدت طولانی، ایده‌های ورنادسکی خاموش شد و تنها در اواسط دهه 1970 دوباره به آن بازگشتند. این تا حد زیادی به لطف آثار زیست شناس روسی G.A. زوارزین که ثابت کرد عامل اصلی شکل گیری و عملکرد بیوسفر، ارتباطات تغذیه ای چند جانبه بوده و هست. آنها کمتر از 3.4-3.5 میلیارد سال پیش تأسیس شدند و از آن زمان تاکنون ماهیت و مقیاس چرخه عناصر در پوسته های زمین را تعیین کرده اند.

در اوایل دهه 1980. شیمیدان انگلیسی J. Lovelock و میکروبیولوژیست آمریکایی L. Margulis مفهوم بسیار جالبی از Gaia-Earth ارائه کردند. بر اساس آن، زیست کره نشان داده شده است

نشان دهنده یک ابر ارگانیسم منفرد با هموستاز توسعه یافته است که آن را نسبتا مستقل از نوسانات عوامل خارجی می کند. اما اگر سیستم خودتنظیمی گایا-زمین در یک وضعیت استرس نزدیک به مرزهای خودتنظیمی قرار گیرد، حتی یک شوک کوچک می تواند آن را به سمت گذار به حالت جدید یا حتی به نابودی کامل سیستم سوق دهد. چنین اتفاقاتی بیش از یک بار در تاریخ سیاره ما رخ داده است. بلایای جهانی. معروف ترین آنها ناپدید شدن دایناسورها در حدود 60 میلیون سال پیش است. اکنون زمین دوباره در حال تجربه یک بحران عمیق است، به همین دلیل است که فکر کردن از طریق یک استراتژی بسیار مهم است پیشرفتهای بعدیتمدن بشری

ادبیاتبرایمستقلدر حال مطالعه

آفاناسیف V.G.دنیای زنده: سیستماتیک، تکامل و مدیریت. م.، 1986.

برگ O.A.زندگی در یک فرآیند جهانی واحد. پرم، 1993.

Borzenko V.G., Severtsov A.V.زیست شناسی نظری: تأملاتی در مورد موضوع. م.، 1980.

Vernadsky V.I.بیوسفر و نووسفر // ماده زنده و بیوسفر. م.، 1994.

Vernadsky V.I.ساختار شیمیایی بیوسفر زمین و محیط آن. م.، 1987.

دوبینین N.P.مقالاتی در مورد ژنتیک. م.، 1985.

کمپ پی.، آرمز ک.مقدمه ای بر زیست شناسی. م.، 1988.

کریستین دوو.به دنیای یک سلول زنده سفر کنید. م.، 1987.

یوگای جی.آ.نظریه عمومی زندگی. م.، 1985.