Il existe de tels niveaux d'organisation de la matière vivante - niveaux d'organisation biologique : moléculaire, cellulaire, tissulaire, organe, organisme, population-espèce et écosystème.

Niveau d'organisation moléculaire- c'est le niveau de fonctionnement des macromolécules biologiques - biopolymères : acides nucléiques, protéines, polysaccharides, lipides, stéroïdes. A partir de ce niveau commencent les processus vitaux les plus importants : le métabolisme, la conversion de l'énergie, la transmission. informations héréditaires. Ce niveau est étudié : biochimie, génétique moléculaire, biologie moléculaire, génétique, biophysique.

Niveau cellulaire- c'est le niveau des cellules (cellules de bactéries, cyanobactéries, animaux et algues unicellulaires, champignons unicellulaires, cellules d'organismes multicellulaires). Une cellule est une unité structurelle des êtres vivants, une unité fonctionnelle, une unité de développement. Ce niveau est étudié par la cytologie, la cytochimie, la cytogénétique et la microbiologie.

Niveau d'organisation des tissus- c'est le niveau auquel est étudié la structure et le fonctionnement des tissus. Ce niveau est étudié par l'histologie et l'histochimie.

Niveau d'organisation de l'organe- C'est le niveau des organes des organismes multicellulaires. L'anatomie, la physiologie et l'embryologie étudient ce niveau.

Niveau d'organisation organique- c'est le niveau des organismes unicellulaires, coloniaux et multicellulaires. La spécificité du niveau de l'organisme est qu'à ce niveau se produisent le décodage et la mise en œuvre de l'information génétique, la formation de caractéristiques inhérentes aux individus d'une espèce donnée. Ce niveau est étudié par la morphologie (anatomie et embryologie), la physiologie, la génétique et la paléontologie.

Niveau population-espèce- c'est le niveau des agrégats d'individus - populations Et espèces. Ce niveau est étudié par la systématique, la taxonomie, l'écologie, la biogéographie, génétique des populations. A ce niveau, la génétique et caractéristiques écologiques des populations, élémentaire facteurs évolutifs et leur impact sur le pool génétique (microévolution), le problème de la conservation des espèces.

Niveau d'organisation de l'écosystème- c'est le niveau des microécosystèmes, mésoécosystèmes, macroécosystèmes. A ce niveau, sont étudiés les types de nutrition, les types de relations entre organismes et populations dans l'écosystème, taille de la population, dynamique des populations, densité de population, productivité des écosystèmes, succession. Ce niveau étudie l'écologie.

Également distingué niveau d'organisation de la biosphère matière vivante. La biosphère est un gigantesque écosystème qui occupe une partie de l'enveloppe géographique de la Terre. Il s’agit d’un méga-écosystème. Dans la biosphère, il y a une circulation de substances et d'éléments chimiques, ainsi qu'une transformation de l'énergie solaire.

2. Propriétés fondamentales de la matière vivante

Métabolisme (métabolisme)

Le métabolisme (métabolisme) est un ensemble de transformations chimiques se produisant dans les systèmes vivants qui assurent leur activité vitale, leur croissance, leur reproduction, leur développement, leur autoconservation, leur contact constant avec l'environnement et leur capacité d'adaptation à celui-ci et à ses changements. Au cours du processus métabolique, les molécules qui composent les cellules sont décomposées et synthétisées ; formation, destruction et renouvellement des structures cellulaires et de la substance intercellulaire. Le métabolisme est basé sur les processus interdépendants d’assimilation (anabolisme) et de dissimilation (catabolisme). Assimilation - processus de synthèse de molécules complexes à partir de molécules simples avec dépense d'énergie stockée lors de la dissimilation (ainsi que accumulation d'énergie lors du dépôt de substances synthétisées). La dissimilation est le processus de dégradation (anaérobie ou aérobie) de composés organiques complexes, qui se produit avec la libération de l'énergie nécessaire au fonctionnement de l'organisme. Contrairement aux corps de nature inanimée, l'échange avec l'environnement des organismes vivants est une condition de leur existence. Dans ce cas, l'auto-renouvellement se produit. Les processus métaboliques se produisant à l’intérieur du corps sont combinés en cascades et cycles métaboliques par des réactions chimiques strictement ordonnées dans le temps et dans l’espace. L'apparition coordonnée d'un grand nombre de réactions dans un petit volume est obtenue grâce à la répartition ordonnée des unités métaboliques individuelles dans la cellule (principe de compartimentation). Les processus métaboliques sont régulés à l'aide de biocatalyseurs - des protéines enzymatiques spéciales. Chaque enzyme possède la spécificité de substrat nécessaire pour catalyser la conversion d’un seul substrat. Cette spécificité repose sur une sorte de « reconnaissance » du substrat par l’enzyme. La catalyse enzymatique diffère de la catalyse non biologique par son efficacité extrêmement élevée, grâce à laquelle la vitesse de la réaction correspondante augmente de 1 010 à 1 013 fois. Chaque molécule d'enzyme est capable d'effectuer plusieurs milliers à plusieurs millions d'opérations par minute sans être détruite lors de sa participation à des réactions. Une autre différence caractéristique entre les enzymes et les catalyseurs non biologiques est que les enzymes sont capables d'accélérer les réactions dans des conditions normales (pression atmosphérique, température corporelle, etc.). Tous les organismes vivants peuvent être divisés en deux groupes - les autotrophes et les hétérotrophes, qui diffèrent par les sources d'énergie et les substances nécessaires à leur vie. Les autotrophes sont des organismes qui synthétisent à partir de substances inorganiques composés organiques En utilisant l'énergie de la lumière solaire (photosynthétiques - plantes vertes, algues, certaines bactéries) ou l'énergie obtenue par l'oxydation d'un substrat inorganique (chimiosynthétiques - soufre, bactéries de fer et quelques autres), les organismes autotrophes sont capables de synthétiser tous les composants de la cellule. Le rôle des autotrophes photosynthétiques dans la nature est décisif : étant le principal producteur de matière organique dans la biosphère, ils assurent l'existence de tous les autres organismes et le déroulement des cycles biogéochimiques dans le cycle des substances sur Terre. Les hétérotrophes (tous les animaux, les champignons, la plupart des bactéries, certaines plantes non chlorophylles) sont des organismes qui ont besoin de substances prêtes à l'emploi pour leur existence. matière organique ah, qui, lorsqu'ils sont fournis comme nourriture, servent à la fois de source d'énergie et de « matériau de construction » nécessaire. Un trait caractéristique des hétérotrophes est la présence d'amphibolisme, c'est-à-dire le processus de formation de petites molécules organiques (monomères) formées lors de la digestion des aliments (processus de dégradation de substrats complexes). Ces molécules - les monomères - sont utilisées pour assembler leurs propres composés organiques complexes.

Auto-reproduction (reproduction)

La capacité de se reproduire (reproduire les siens, auto-reproduction) est l’une des propriétés fondamentales des organismes vivants. La reproduction est nécessaire pour assurer la continuité de l'existence des espèces, car La durée de vie d'un organisme individuel est limitée. La reproduction compense largement les pertes causées par la mort naturelle des individus, et maintient ainsi la préservation de l'espèce au fil des générations d'individus. Au cours du processus d'évolution des organismes vivants, les méthodes de reproduction ont évolué. Par conséquent, les nombreux et divers différents types Dans les organismes vivants, nous trouvons différentes formes de reproduction. De nombreuses espèces d'organismes combinent plusieurs modes de reproduction. Il est nécessaire de distinguer deux types de reproduction d'organismes fondamentalement différents - asexuée (le type de reproduction primaire et le plus ancien) et sexuée. Au cours du processus de reproduction asexuée, un nouvel individu est formé à partir d'une ou d'un groupe de cellules (dans les organismes multicellulaires) de l'organisme maternel. Dans toutes les formes de reproduction asexuée, la progéniture possède un génotype (ensemble de gènes) identique à celui de la mère. Par conséquent, tous les descendants d’un organisme maternel s’avèrent génétiquement homogènes et les individus filles possèdent le même ensemble de caractéristiques. Lors de la reproduction sexuée, un nouvel individu se développe à partir d'un zygote, formé par la fusion de deux cellules germinales spécialisées (le processus de fécondation) produites par deux organismes parents. Le noyau du zygote contient un ensemble hybride de chromosomes, formé à la suite de la combinaison d'ensembles de chromosomes de noyaux de gamètes fusionnés. Dans le noyau du zygote, une nouvelle combinaison de penchants héréditaires (gènes), introduites également par les deux parents, est ainsi créée. Et l’organisme fille développé à partir du zygote aura une nouvelle combinaison de caractéristiques. En d'autres termes, lors de la reproduction sexuée, une forme combinatoire de variabilité héréditaire des organismes se produit, qui assure l'adaptation des espèces aux conditions environnementales changeantes et représente un facteur essentiel d'évolution. C'est un avantage significatif de la reproduction sexuée par rapport à la reproduction asexuée. La capacité des organismes vivants à se reproduire repose sur la propriété unique des acides nucléiques de reproduction et sur le phénomène de synthèse matricielle, qui est à la base de la formation de molécules d'acide nucléique et de protéines. L'auto-reproduction au niveau moléculaire détermine à la fois la mise en œuvre du métabolisme dans les cellules et l'auto-reproduction des cellules elles-mêmes. La division cellulaire (auto-reproduction cellulaire) est à la base du développement individuel des organismes multicellulaires et de la reproduction de tous les organismes. La reproduction des organismes assure l'auto-reproduction de toutes les espèces habitant la Terre, ce qui détermine à son tour l'existence des biogéocénoses et de la biosphère.

Hérédité et variabilité

L'hérédité assure la continuité matérielle (le flux d'informations génétiques) entre les générations d'organismes. Elle est étroitement liée à la reproduction aux niveaux moléculaire, subcellulaire et cellulaire. Les informations génétiques qui déterminent la diversité des traits héréditaires sont cryptées dans la structure moléculaire de l'ADN (dans l'ARN pour certains virus). Les gènes codent des informations sur la structure des protéines synthétisées, enzymatiques et structurelles. Le code génétique est un système permettant « d’enregistrer » des informations sur la séquence d’acides aminés dans les protéines synthétisées en utilisant la séquence de nucléotides dans la molécule d’ADN. L’ensemble de tous les gènes d’un organisme est appelé génotype et l’ensemble de ses caractéristiques est appelé phénotype. Le phénotype dépend à la fois du génotype et de facteurs environnementaux internes et externes qui affectent l'activité des gènes et déterminent les processus réguliers. Le stockage et la transmission des informations héréditaires s'effectuent dans tous les organismes à l'aide d'acides nucléiques ; le code génétique est le même pour tous les êtres vivants sur Terre, c'est-à-dire c'est universel. Grâce à l'hérédité, des traits se transmettent de génération en génération qui assurent l'adaptation des organismes à leur environnement. Si lors de la reproduction des organismes, seule la continuité des caractéristiques et propriétés existantes se manifestait, alors dans le contexte de conditions environnementales changeantes, l'existence d'organismes serait impossible, car une condition nécessaire à la vie des organismes est leur adaptabilité aux conditions de leur environnement. Il existe une variabilité dans la diversité des organismes appartenant à une même espèce. La variabilité peut se produire dans des organismes individuels au cours de leur développement individuel ou au sein d'un groupe d'organismes sur une série de générations au cours de la reproduction. Il existe deux formes principales de variabilité, qui diffèrent par les mécanismes d'apparition, la nature des changements de caractéristiques et, enfin, leur importance pour l'existence des organismes vivants - génotypique (héréditaire) et modification (non héréditaire). La variabilité génotypique est associée à un changement de génotype et conduit à un changement de phénotype. La variabilité génotypique peut être basée sur des mutations (variabilité mutationnelle) ou de nouvelles combinaisons de gènes qui apparaissent au cours du processus de fécondation au cours de la reproduction sexuée. Sous forme mutationnelle, les changements sont principalement associés à des erreurs lors de la réplication des acides nucléiques. Ainsi, de nouveaux gènes apparaissent, porteurs de nouvelles informations génétiques ; de nouveaux signes apparaissent. Et si les caractères nouvellement émergents sont utiles à l'organisme dans des conditions spécifiques, alors ils sont « captés » et « fixés » par la sélection naturelle. Ainsi, l'adaptabilité des organismes aux conditions environnementales, la diversité des organismes reposent sur la variabilité héréditaire (génotypique) et les conditions préalables à une évolution positive sont créées. Avec la variabilité non héréditaire (modificatrice), les modifications du phénotype se produisent sous l'influence de facteurs environnementaux et ne sont pas associées à des modifications du génotype. Les modifications (changements de caractéristiques lors de la variabilité des modifications) se produisent dans les limites de la norme de réaction, qui est sous le contrôle du génotype. Les modifications ne sont pas transmises aux générations suivantes. L'importance de la variabilité des modifications est qu'elle garantit l'adaptabilité de l'organisme aux facteurs environnementaux au cours de sa vie.

Développement individuel des organismes

Tous les organismes vivants ont un processus développement individuel- l'ontogenèse. Traditionnellement, l'ontogenèse est comprise comme le processus de développement individuel d'un organisme multicellulaire (formé à la suite de la reproduction sexuée) depuis la formation du zygote jusqu'à la mort naturelle de l'individu. En raison de la division du zygote et des générations de cellules ultérieures, un organisme multicellulaire se forme, composé d'un grand nombre de types différents de cellules, de divers tissus et organes. Le développement d'un organisme repose sur un « programme génétique » (intégré dans les gènes des chromosomes du zygote) et s'effectue dans des conditions environnementales spécifiques, qui influencent de manière significative le processus de mise en œuvre de l'information génétique au cours de l'existence individuelle d'un individuel. Aux premiers stades du développement individuel, se produit une croissance intensive (augmentation de la masse et de la taille), provoquée par la reproduction de molécules, de cellules et d'autres structures, et par la différenciation, c'est-à-dire l'émergence de différences de structure et de complication des fonctions. A toutes les étapes de l'ontogenèse, divers facteurs environnementaux (température, gravité, pression, composition des aliments en termes de teneur en éléments chimiques et vitamines, divers agents physiques et chimiques) ont une influence régulatrice importante sur le développement de l'organisme. L'étude du rôle de ces facteurs dans le processus de développement individuel des animaux et des humains revêt une grande importance pratique, augmentant à mesure que l'impact anthropique sur la nature s'intensifie. DANS divers domaines En biologie, en médecine, en médecine vétérinaire et dans d'autres sciences, de nombreuses recherches sont menées pour étudier les processus de développement normal et pathologique des organismes et pour clarifier les schémas de l'ontogenèse.

Irritabilité

Une propriété intégrale des organismes et de tous les systèmes vivants est l'irritabilité - la capacité de percevoir des stimuli (impacts) externes ou internes et d'y répondre de manière adéquate. Dans les organismes, l'irritabilité s'accompagne d'un complexe de changements, exprimés par des modifications du métabolisme, potentiel électrique sur les membranes cellulaires, les paramètres physiques et chimiques du cytoplasme des cellules, les réactions motrices et les animaux hautement organisés se caractérisent par des changements dans leur comportement.

4. Dogme central de la biologie moléculaire- une règle généralisatrice pour la mise en œuvre de l'information génétique observée dans la nature : l'information est transmise depuis acides nucléiquesÀ écureuil, mais pas dans le sens inverse. La règle a été formulée Francis Crick V 1958 année et mis en conformité avec les données accumulées à cette époque dans 1970 année. Transfert d'informations génétiques de ADNÀ ARN et de l'ARN à écureuil est universelle pour tous les organismes cellulaires sans exception ; elle est à la base de la biosynthèse des macromolécules. La réplication du génome correspond à la transition informationnelle ADN → ADN. Dans la nature, il existe également des transitions ARN → ARN et ARN → ADN (par exemple, dans certains virus), ainsi que des changements conformation protéines transférées de molécule en molécule.

Méthodes universelles de transmission d'informations biologiques

Dans les organismes vivants, il existe trois types de monomères hétérogènes, c'est-à-dire constitués de différents monomères polymères - ADN, ARN et protéines. Les informations peuvent être transférées entre eux de 3 x 3 = 9 manières. Le Dogme Central divise ces 9 types de transfert d'informations en trois groupes :

Général – trouvé dans la plupart des organismes vivants ;

Spécial - trouvé à titre exceptionnel, dans virus et à éléments du génome mobile ou dans des conditions biologiques expérience;

Inconnu - introuvable.

Réplication de l'ADN (ADN → ADN)

L'ADN est le principal moyen de transmission d'informations entre générations d'organismes vivants, c'est pourquoi une duplication (réplication) précise de l'ADN est très importante. La réplication est réalisée par un complexe de protéines qui se déroulent chromatine, puis une double hélice. Après cela, l’ADN polymérase et ses protéines associées construisent une copie identique sur chacune des deux chaînes.

Transcription (ADN → ARN)

La transcription est un processus biologique par lequel les informations contenues dans une section d'ADN sont copiées sur la molécule synthétisée. ARN messager. La transcription est effectuée facteurs de transcription Et ARN polymérase. DANS cellule eukaryotique la transcription primaire (pré-ARNm) est souvent modifiée. Ce processus est appelé épissage.

Traduction (ARN → protéine)

L'ARNm mature est lu ribosomes pendant le processus de diffusion. DANS procaryote Dans les cellules, les processus de transcription et de traduction ne sont pas spatialement séparés et ces processus sont couplés. DANS eucaryote site cellulaire de transcription noyau cellulaire séparé du lieu de diffusion ( cytoplasme) membrane nucléaire, donc ARNm transporté depuis le noyau dans le cytoplasme. L'ARNm est lu par le ribosome sous la forme de trois nucléotide"mots". Complexes facteurs de déclenchement Et facteurs d'allongement délivrer des aminoacylés transférer des ARN au complexe ARNm-ribosome.

5. Transcription inversée est le processus de formation d'un double brin ADN sur une matrice simple brin ARN. Ce processus est appelé inverse transcription, puisque le transfert de l’information génétique s’effectue dans le sens « inverse » par rapport à la transcription.

L'idée de la transcription inverse était au début très impopulaire car elle contredisait dogme central de la biologie moléculaire, ce qui suggère que l'ADN transcrità l'ARN et au-delà diffuser en protéines. Trouvé dans rétrovirus, Par exemple, VIH et au cas où rétrotransposons.

Transduction(depuis lat. transduction- mouvement) - processus de transfert bactérien ADN d'une cellule à l'autre bactériophage. La transduction générale est utilisée en génétique bactérienne pour cartographie du génome et conception souches. Les phages tempérés et les phages virulents sont capables de transduction ; ces derniers détruisent cependant la population bactérienne, de sorte que la transduction avec leur aide n'a aucun effet. d'une grande importance ni dans la nature ni lors de recherches.

Une molécule d’ADN vecteur est une molécule d’ADN qui agit comme support. La molécule porteuse doit avoir un certain nombre de caractéristiques :

La capacité de se répliquer de manière autonome dans une cellule hôte (généralement bactérienne ou de levure)

Présence d'un marqueur sélectif

Disponibilité de sites de restriction pratiques

Les plasmides bactériens agissent le plus souvent comme vecteurs.

La chose la plus difficile dans la vie, c'est la simplicité.

A. Koni

COMPOSITION ÉLÉMENTAIRE DES ORGANISMES

Niveau moléculaire de l'organisation de la vie

- Il s'agit d'un niveau d'organisation dont les propriétés sont déterminées par les éléments chimiques et les molécules et leur participation aux processus de transformation des substances, de l'énergie et de l'information. L'utilisation d'une approche structurelle-fonctionnelle pour comprendre la vie à ce niveau d'organisation nous permet d'identifier les principaux composants et processus structurels qui déterminent l'ordre structurel et fonctionnel du niveau.

Organisation structurelle au niveau moléculaire. Les composants structurels élémentaires du niveau moléculaire de l'organisation de la vie sont éléments chimiques comme des types d'atomes distincts, non connectés les uns aux autres et possédant leurs propres propriétés spécifiques. La répartition des éléments chimiques dans les biosystèmes est déterminée précisément par ces propriétés et dépend principalement de l'ampleur de la charge nucléaire. La science qui étudie la distribution des éléments chimiques et leur importance pour les systèmes biologiques s'appelle biogéochimie. Le fondateur de cette science était le brillant scientifique ukrainien V.I. Vernadsky, qui a découvert et expliqué le lien entre la nature vivante et la nature non vivante à travers le flux biogénique d'atomes et de molécules dans la mise en œuvre de leurs fonctions vitales fondamentales.

Les éléments chimiques se combinent entre eux pour former a pardonné les composés inorganiques complexes, qui, avec les substances organiques, sont les composants moléculaires du niveau moléculaire d'organisation. Les substances simples (oxygène, azote, métaux, etc.) sont formées d'atomes chimiquement combinés du même élément, et substances complexes(acides, sels, etc.) sont constitués d'atomes de divers éléments chimiques.

À partir de substances inorganiques simples et complexes dans les systèmes biologiques, se forment connexions intermédiaires(par exemple, l'acétate, les acides cétoniques), qui forment des substances organiques simples, ou petites biomolécules. Il s'agit tout d'abord de quatre classes de molécules - acide gras, monosaccharides, acides aminés et nucléotides. ils sont appelés éléments de base car ils sont utilisés pour construire des molécules du sous-niveau hiérarchique suivant. Des biomolécules structurelles simples sont combinées les unes aux autres de diverses manières des liaisons covalentes, formant macromolécules. Ceux-ci incluent des classes aussi importantes que les lipides, les protéines, les oligo- et polysaccharides et les acides nucléiques.

Dans les systèmes biologiques, les macromolécules peuvent être combinées via des interactions non covalentes en complexes supramoléculaires. Ils sont également appelés complexes intermoléculaires, ou assemblages moléculaires, ou biopolymères complexes (par exemple, enzymes complexes, protéines complexes). Au niveau d'organisation le plus élevé, déjà cellulaire, des complexes supramoléculaires se combinent avec la formation d'organites cellulaires.

Ainsi, le niveau moléculaire est caractérisé par une certaine hiérarchie structurelle organisation moléculaire: éléments chimiques - composés inorganiques simples et complexes - intermédiaires - petites molécules organiques - macromolécules - complexes supramoléculaires.

Niveau moléculaire de l'organisation de la vie
Les principales composantes qui déterminent l'espace (de construction) ordre	Les principaux processus qui déterminent le temps (fonctionnel) ordre
1. Composants chimiques élémentaires : Organogènes ; Macroéléments ; Microéléments ; Ultramicroéléments. 2. Composants chimiques moléculaires : Molécules inorganiques simples (02 Ν2, métaux) Molécules inorganiques complexes (eau, sels, acides, alcalis, oxydes, etc.), Petites molécules organiques (acides gras, acides aminés, monosaccharides, nucléotides) Macromolécules (lipides, protéines, oligo- et polysaccharides, acides nucléiques) Complexes supramoléculaires.	1. Processus de transformation des substances. 2. Processus de conversion d'énergie. 3. Processus de conversion informations héréditaires

Organisation fonctionnelle au niveau moléculaire . Le niveau moléculaire d'organisation de la nature vivante combine un grand nombre de différents réactions chimiques, qui déterminent son ordre dans le temps. Les réactions chimiques sont des phénomènes dans lesquels certaines substances ayant une certaine composition et propriétés sont converties en d'autres substances. - avec une composition différente et des propriétés différentes. les réactions entre éléments et substances inorganiques ne sont pas spécifiques aux êtres vivants ; ce qui est spécifique à la vie est un certain ordre de ces réactions, leur enchaînement et leur combinaison en un système intégral. Il existe différentes classifications de réactions chimiques. Sur la base des changements dans la quantité de substances initiales et finales, on distingue 4 types de réactions : messages, décomposition, échange Et substitutions. En fonction de la consommation d'énergie, ils allouent exothermique(l'énergie est libérée) et endothermique(l'énergie est absorbée). Les composés organiques sont également capables de diverses transformations chimiques, qui peuvent avoir lieu soit sans modification du squelette carboné, soit avec des modifications. Réactions sans modification du squelette carboné sont des réactions de substitution, d’addition, d’élimination, d’isomérisation. À réactions avec modifications du squelette carboné Les réactions comprennent l'allongement de la chaîne, le raccourcissement de la chaîne, l'isomérisation de la chaîne, la cyclisation de la chaîne, l'ouverture du cycle, la contraction du cycle et l'expansion du cycle. La grande majorité des réactions dans les biosystèmes sont enzymatiques et forment un ensemble appelé métabolisme. Principaux types de réactions enzymatiques redox, transfert, hydrolyse, décomposition non hydrolytique, isomérisation et synthèse. Dans les systèmes biologiques entre molécules organiques peuvent également se produire des réactions de polymérisation, de condensation, de synthèse matricielle, d'hydrolyse, de catalyse biologique... La plupart des réactions entre composés organiques sont spécifiques à la nature vivante et ne peuvent pas se produire dans la nature non vivante.

Sciences qui étudient le niveau moléculaire. Les principales sciences qui étudient le niveau moléculaire sont la biochimie et la biologie moléculaire. Biochimie - la science de l'essence phénomènes de la vie et leur base est le métabolisme, et l'attention de la biologie moléculaire, contrairement à la biochimie, se concentre principalement sur l'étude de la structure et des fonctions des protéines

Biochimie - une science qui étudie la composition chimique des organismes, leur structure, leurs propriétés, l'importance des composés chimiques qu'ils contiennent et leurs transformations au cours du métabolisme. Le terme « biochimie » a été proposé pour la première fois en 1882, mais on pense qu'il a été largement utilisé après les travaux du chimiste allemand K. Neuberg en 1903. La biochimie en tant que science indépendante s'est formée dans la seconde moitié du XIXe siècle. grâce aux activités scientifiques de biochimistes célèbres tels que A. M. Butlerov, F. Wehler, F. Misherom, A. Ya. Danilevsky, J. Liebig, L. Pasteur, E. Buchner, K. A. Timiryazev, M. I. Lunin et autres. La biochimie moderne, ainsi que la biologie moléculaire, la chimie bioorganique, la biophysique, la microbiologie, constituent un complexe unique de sciences interdépendantes - la biologie physique et chimique, qui étudie la physique et bases chimiques matière vivante. L'une des tâches générales de la biochimie est d'établir les mécanismes de fonctionnement des biosystèmes et de régulation de l'activité cellulaire, qui assurent l'unité du métabolisme et de l'énergie dans l'organisme.

Biologie moléculaire - une science qui étudie les processus biologiques au niveau des acides nucléiques et des protéines et de leurs structures supramoléculaires. La date de l'émergence de la biologie moléculaire en tant que science indépendante est considérée comme 1953, lorsque F. Crick et J. Watson, sur la base de données biochimiques et d'analyses par diffraction des rayons X, ont proposé un modèle de la structure tridimensionnelle de l'ADN, qui s'appelait la double hélice. Les branches les plus importantes de cette science sont la génétique moléculaire, la virologie moléculaire, l'enzymologie, la bioénergétique, l'immunologie moléculaire et la biologie moléculaire du développement. Les tâches fondamentales de la biologie moléculaire consistent à établir les mécanismes moléculaires des processus biologiques fondamentaux déterminés par les propriétés structurelles et fonctionnelles et les interactions des acides nucléiques et des protéines, ainsi qu'à étudier les mécanismes de régulation de ces processus.

Méthodes pour étudier la vie sur niveau moléculaire formé principalement au 20e siècle. Les plus courants sont chromatographie, ultracentrifugation, électrophorèse, analyse par diffraction des rayons X, photométrie, analyse spectrale, méthode de l'atome étiqueté et etc.

Tous les organismes vivants dans la nature sont constitués des mêmes niveaux d’organisation ; il s’agit d’un modèle biologique caractéristique commun à tous les organismes vivants.
On distingue les niveaux suivants d'organisation des organismes vivants : moléculaire, cellulaire, tissulaire, organe, organisme, population-espèce, biogéocénotique, biosphère.

Riz. 1. Niveau génétique moléculaire

1. Niveau génétique moléculaire. Il s'agit du niveau caractéristique le plus élémentaire de la vie (Fig. 1). Quelle que soit la complexité ou la simplicité de la structure d’un organisme vivant, ils sont tous constitués des mêmes composés moléculaires. Les acides nucléiques, les protéines, les glucides et autres complexes moléculaires complexes de substances organiques et inorganiques en sont un exemple. On les appelle parfois macrobiologiques. substances moléculaires. Au niveau moléculaire, divers processus vitaux des organismes vivants se produisent : métabolisme, conversion énergétique. À l'aide du niveau moléculaire, le transfert d'informations héréditaires est effectué, des organites individuels se forment et d'autres processus se produisent.

Riz. 2. Niveau cellulaire

2. Niveau cellulaire. La cellule est l'unité structurelle et fonctionnelle de tous les organismes vivants sur Terre (Fig. 2). Les organites individuels au sein d'une cellule ont structure caractéristique et remplir une fonction spécifique. Les fonctions des organites individuels dans une cellule sont interconnectées et exécutent des processus vitaux communs. Dans les organismes unicellulaires (algues unicellulaires et protozoaires), tous les processus vitaux se déroulent dans une seule cellule et une cellule existe en tant qu'organisme distinct. Rappelez-vous les algues unicellulaires, les chlamydomonas, la chlorelle et les animaux les plus simples - amibes, ciliés, etc. Dans les organismes multicellulaires, une cellule ne peut pas exister en tant qu'organisme séparé, mais c'est une unité structurelle élémentaire de l'organisme.

Riz. 3. Niveau tissulaire

3. Niveau des tissus. Un ensemble de cellules et de substances intercellulaires similaires en termes d’origine, de structure et de fonction forme le tissu. Le niveau tissulaire n'est caractéristique que des organismes multicellulaires. De plus, les tissus individuels ne constituent pas un organisme intégral indépendant (Fig. 3). Par exemple, le corps des animaux et des humains est constitué de quatre tissus différents (épithélial, conjonctif, musculaire, nerveux). Les tissus végétaux sont appelés : éducatifs, tégumentaires, de soutien, conducteurs et excréteurs. Rappelez-vous la structure et les fonctions des tissus individuels.

Riz. 4. Niveau d'orgue

4. Niveau d'orgue. Dans les organismes multicellulaires, l'union de plusieurs tissus identiques, de structure, d'origine et de fonction similaires, forme le niveau de l'organe (Fig. 4). Chaque organe contient plusieurs tissus, mais parmi eux, l'un est le plus important. Un organe séparé ne peut pas exister comme un organisme entier. Plusieurs organes, de structure et de fonction similaires, se combinent pour former un système organique, par exemple la digestion, la respiration, la circulation sanguine, etc.

Riz. 5. Niveau organisationnel

5. Niveau organisationnel. Les plantes (Chlamydomonas, Chlorella) et les animaux (amibes, ciliés, etc.), dont le corps est constitué d'une seule cellule, sont un organisme indépendant (Fig. 5). Et un individu d'organismes multicellulaires est considéré comme un organisme distinct. Dans chaque organisme individuel, tous les processus vitaux caractéristiques de tous les organismes vivants se produisent - nutrition, respiration, métabolisme, irritabilité, reproduction, etc. Chaque organisme indépendant laisse derrière lui une progéniture. Dans les organismes multicellulaires, les cellules, les tissus, les organes et les systèmes organiques ne constituent pas un organisme distinct. Seul un système intégral d'organes remplissant spécifiquement diverses fonctions forme un organisme indépendant distinct. Le développement d’un organisme, de la fécondation jusqu’à la fin de la vie, prend un certain temps. Ce développement individuel de chaque organisme s'appelle l'ontogenèse. Un organisme peut exister dans relation étroite avec l'environnement.

Riz. 6. Niveau population-espèce

6. Niveau population-espèce. Une collection d'individus d'une espèce ou d'un groupe qui existe depuis longtemps dans une certaine partie de l'aire de répartition, relativement séparément des autres populations de la même espèce, constitue une population. Au niveau de la population, les transformations évolutives les plus simples sont réalisées, ce qui contribue à l'émergence progressive d'une nouvelle espèce (Fig. 6).

Riz. 7 Niveau biogéocénotique

7. Niveau biogéocénotique. Un ensemble d'organismes d'espèces différentes et de complexité d'organisation variable, adaptés aux mêmes conditions du milieu naturel, est appelé biogéocénose, ou communauté naturelle. La biogéocénose comprend de nombreuses espèces d'organismes vivants et des conditions environnementales naturelles. Dans les biogéocénoses naturelles, l'énergie s'accumule et est transférée d'un organisme à un autre. La biogéocénose comprend les composés inorganiques et organiques et les organismes vivants (Fig. 7).

Riz. 8. Niveau de la biosphère

8. Niveau de la biosphère. La totalité de tous les organismes vivants de notre planète et leur habitat naturel commun constitue le niveau de la biosphère (Fig. 8). Au niveau de la biosphère biologie moderne décide problèmes mondiaux, par exemple, déterminer l'intensité de la formation d'oxygène libre par la végétation terrestre ou les changements de concentration gaz carbonique dans l'atmosphère associée aux activités humaines. Le rôle principal au niveau de la biosphère est joué par les « substances vivantes », c'est-à-dire l'ensemble des organismes vivants habitant la Terre. Au niveau de la biosphère également, les « substances bio-inertes » sont importantes, formées à la suite de l'activité vitale des organismes vivants et des substances « inertes » (c'est-à-dire les conditions environnementales). Au niveau de la biosphère, la circulation de la matière et de l'énergie s'effectue sur Terre avec la participation de tous les organismes vivants de la biosphère.

Niveaux d'organisation de la vie. Population. Biogéocénose. Biosphère.

1. Actuellement, il existe plusieurs niveaux d'organisation des organismes vivants : moléculaire, cellulaire, tissulaire, organique, organisme, population-espèce, biogéocénotique et biosphère.
2. Au niveau population-espèce, des transformations évolutives élémentaires sont réalisées.
3. La cellule est l’unité structurelle et fonctionnelle la plus fondamentale de tous les organismes vivants.
4. Un ensemble de cellules et de substances intercellulaires similaires en termes d’origine, de structure et de fonction forme le tissu.
5. La totalité de tous les organismes vivants de la planète et leur habitat naturel commun constitue le niveau de la biosphère.
1. Nommez les niveaux d’organisation de la vie dans l’ordre.
2. Qu'est-ce que le tissu ?
3. Quelles sont les principales parties d’une cellule ?
1. Quels organismes sont caractérisés au niveau tissulaire ?
2. Décrivez le niveau de l'orgue.
3. Qu'est-ce qu'une population ?
1. Décrivez le niveau de l'organisme.
2. Nommez les caractéristiques du niveau biogéocénotique.
3. Donnez des exemples de l'interdépendance des niveaux d'organisation de la vie.

Remplissez le tableau montrant les caractéristiques structurelles de chaque niveau de l'organisation :

Numéro de série	Niveaux d'organisation	Particularités

La vie est un système à plusieurs niveaux (du grec. système- association, totalité). On distingue les niveaux de base suivants d'organisation des êtres vivants : moléculaire, cellulaire, organe-tissu, organisme, population-espèce, écosystème, biosphère. Tous les niveaux sont étroitement interconnectés et découlent les uns des autres, ce qui indique l'intégrité de la nature vivante.

Niveau moléculaire d'organisation des êtres vivants

C'est l'unité de composition chimique (biopolymères : protéines, glucides, graisses, acides nucléiques), des réactions chimiques. A partir de ce niveau commencent les processus vitaux de l'organisme : échanges énergétiques, plastiques et autres, changements et mise en œuvre de l'information génétique.

Niveau cellulaire d'organisation du vivant

Niveau cellulaire d'organisation des êtres vivants. cellule animale

La cellule est l'unité structurelle élémentaire des êtres vivants. C'est l'unité de développement de tous les organismes vivants vivant sur Terre. Dans chaque cellule, des processus métaboliques et une conversion d'énergie se produisent, et la préservation, la transformation et la transmission de l'information génétique sont assurées.

Chaque cellule est constituée de structures cellulaires, d'organites qui remplissent des fonctions spécifiques, il est donc possible d'isoler subcellulaire niveau.

Niveau d'organisation organe-tissu des êtres vivants

Niveau d'organisation organe-tissu des êtres vivants. Tissus épithéliaux, tissus conjonctifs, tissus musculaires et cellules nerveuses

Les cellules d'organismes multicellulaires qui remplissent des fonctions similaires ont la même structure, la même origine et sont combinées en tissus. Il existe plusieurs types de tissus qui présentent des structures différentes et remplissent des fonctions différentes (niveau tissulaire).

Les tissus dans différentes combinaisons forment différents organes, qui ont une certaine structure et remplissent certaines fonctions (au niveau des organes).

Les organes sont combinés en systèmes organiques (niveau système).

Niveau organique d'organisation des êtres vivants

Niveau organique d'organisation des êtres vivants

Les tissus sont combinés en organes, systèmes organiques et fonctionnent comme un tout unique : l'organisme. L'unité élémentaire de ce niveau est l'individu, qui est considéré dans son développement depuis son origine jusqu'à la fin de l'existence comme un système vivant unique.

Niveau d'organisation population-espèce des êtres vivants

Niveau d'organisation population-espèce des êtres vivants

Un ensemble d'organismes (individus) de la même espèce partageant un habitat commun forme des populations. Une population est une unité élémentaire d'espèce et d'évolution, puisque des processus évolutifs élémentaires s'y déroulent ; ce niveau et les suivants sont supra-organismes.

Niveau d'organisation écosystémique des êtres vivants

Niveau d'organisation écosystémique des êtres vivants

L'ensemble des organismes de différentes espèces et niveaux d'organisation forme ce niveau. Ici, nous pouvons distinguer les niveaux biocénotiques et biogéocénotiques.

Les populations de différentes espèces interagissent les unes avec les autres et forment des groupes multispécifiques ( biocénotique niveau).

L'interaction des biocénoses avec des facteurs climatiques et autres facteurs non biologiques (relief, sol, salinité, etc.) conduit à la formation de biogéocénoses (biogéocénotique). Dans les biogéocénoses, il existe un flux d'énergie entre les populations de différentes espèces et une circulation de substances entre ses parties inanimées et vivantes.

Niveau de biosphère d'organisation des êtres vivants

Niveau de biosphère d'organisation des êtres vivants. 1 – moléculaire ; 2 – cellulaire ; 3 – organisme ; 4 – population-espèce ; 5 – biogéocénotique ; 6 – biosphère

Il est représenté par une partie des coquilles de la Terre où existe la vie : la biosphère. La biosphère se compose d'un ensemble de biogéocénoses et fonctionne comme un système intégral unique.

Il n'est pas toujours possible de sélectionner l'ensemble des niveaux répertoriés. Par exemple, dans les organismes unicellulaires, les niveaux cellulaire et organisme coïncident, mais le niveau organe-tissu est absent. Parfois, des niveaux supplémentaires peuvent être distingués, par exemple subcellulaires, tissulaires, organiques, systémiques.

9.1. StructurebiologiqueconnaissanceLa biologieCommentla science

Actuellement le plus dynamique développer la science est la biologie - la science de la vie et de la nature vivante. Les tâches principales de la biologie sont de donner une définition scientifique de la vie, de souligner la différence fondamentale entre les êtres vivants et non vivants et de découvrir les spécificités de la forme biologique d'existence de la matière. Le développement des connaissances biologiques conduit à une transformation progressive des idées sur l'essence de la vie, l'unité de l'évolution cosmique et biologique, l'interaction du biologique et du social chez l'homme, etc. Les nouvelles données biologiques changent l’image du monde que la physique a formée depuis longtemps. On peut dire qu'aujourd'hui les découvertes en biologie déterminent le développement de toutes les sciences naturelles. C’est pourquoi l’image scientifique moderne du monde est impossible sans connaissances biologiques. De plus, la biologie devient la base sur laquelle se forment de nouveaux principes de vision du monde qui déterminent la conscience de soi humaine.

Dans la science moderne la biologie est défini comme un ensemble de sciences sur la nature vivante, la diversité des organismes vivants existants et existants, leur structure et leurs fonctions, leur origine, leur distribution et leur développement, les connexions entre eux et la nature inanimée.

Conformément à cela, la biologie étudie les modèles à la fois généraux et spécifiques du vivant dans toutes ses manifestations (métabolisme, reproduction, hérédité, variabilité, adaptabilité, etc.).

La biologie moderne est un savoir dynamique qui évolue sous nos yeux. L’accumulation en avalanche de nouvelles données expérimentales dépasse parfois les possibilités de leur interprétation et explication théoriques. En biologie, le nombre d'inter-

recherche disciplinaire à l’intersection avec d’autres sciences naturelles. Ainsi, dans la structure des connaissances biologiques, il existe aujourd'hui plus de 50 sciences spécialisées : botanique, zoologie, génétique, biologie moléculaire, anatomie, morphologie, cytologie, biophysique, biochimie, paléontologie, embryologie, écologie, etc. Cette diversité disciplines scientifiques s'explique principalement par la complexité de l'objet principal de la recherche biologique - la matière vivante.

La structure de la biologie en tant que science peut être considérée du point de vue des objets, des propriétés, des niveaux d'organisation du vivant, des principales étapes et des paradigmes biologiques.

Sur la base des objets d'étude, la biologie est divisée en virologie, bactériologie, botanique, zoologie et anthropologie.

Selon les propriétés et les manifestations des êtres vivants, il existe la classification suivante des disciplines biologiques : l'embryologie — la science qui étudie le développement germinal (embryonnaire) des organismes ; physiologie - la science du fonctionnement des organismes ; morphologique - la science de la structure des organismes vivants ; biologie moléculaire - la science du mode de vie des communautés végétales et animales, leurs relations avec l'environnement ; la génétique - la science de l'hérédité et de la variabilité.

Selon le niveau d'organisation des organismes vivants, on les distingue : anatomie- la science de la structure macroscopique des animaux et des humains ; histologie - la science de la structure des tissus ; cytologie - la science de la structure des cellules vivantes.

Dans son développement, la biologie a parcouru un chemin long et difficile, comprenant trois étapes majeures, fondamentalement différentes les unes des autres dans leur idée principale : 1) la période de la systématique, 2) la période évolutive et 3) la période de la biologie du micromonde. Les périodes marquées n'ont pas de limites temporelles claires entre elles, tout comme elles n'ont pas de transitions brusques. De plus, comme la biologie n'a pas encore atteint le niveau des généralisations théoriques et n'a pas sa propre image scientifique du monde, elle existe sous trois « formes » : biologie naturaliste, physico-chimique et évolutionniste. Chacun d’eux est apparu à une période correspondante du développement de la science biologique.

Périodetaxonomie. Naturalistela biologie

Comme toute science naturelle, la biologie a commencé à se développer en tant que science descriptive (phénoménologique) portant sur de multiples choses. différentes formes, les types Et interconnexions du monde vivant. Sa tâche principale était d'étudier la nature dans son état naturel. A cet effet, des phénomènes de la nature vivante ont été observés, décrits et systématisés. C'est durant cette période qu'un sous-naturaliste

évoluer vers l’étude de la vie. Le début approche scientifique a constitué un ensemble sans cesse croissant de connaissances pratiques acquises par l'homme au cours de son interaction avec l'environnement naturel. En plus d'accumuler des connaissances, il fallait systématiser les objets qui faisaient l'objet d'intérêts pratiques humains. L'idée de taxonomie est née dans l'Antiquité. Le premier systématisateur de la science fut Aristote, qui rassembla le matériel factuel accumulé à son époque et fit la première tentative de classer les animaux et les plantes sur la base du concept d'opportunité.

Il a consacré de nombreux ouvrages à la systématisation des connaissances biologiques : « L'histoire des animaux », « Sur les parties des animaux », « Sur l'origine des animaux ». Aristote y divisait le règne animal en deux groupes : ceux qui ont du sang et ceux qui n’en ont pas. Parmi ceux qui ont du sang, il distingue : les vivipares à quatre pattes, les oiseaux, les ovipares à quatre pattes et apodes, les vivipares apodes et les poissons. En conséquence, les individus privés de sang ont été divisés en : mous (céphalopodes), multipattes à peau douce (écrevisses), multipattes articulés et sans coquilles et sans pattes (mollusques et oursins). De plus, Aristote a identifié un certain nombre de groupes transitionnels entre ces deux. Aristote a donné à l'homme une place au sommet des animaux de sang (anthropocentrisme).

Grâce aux travaux d'Aristote, la connaissance chaotique de la nature vivante a acquis un caractère relativement ordonné, et cette circonstance donne à penser que la formation de la biologie en tant que science a commencé à cette époque lointaine. Les idées d'Aristote ont joui d'une autorité incontestée jusqu'aux temps modernes, après quoi elles ont été soumises à une vérification.

L'essor des sciences biologiques n'a eu lieu qu'au XVIe siècle. et est associé à l'ère des grandes découvertes géographiques, qui ont enrichi la science de nombreux nouveaux faits collectés sur les terres nouvellement découvertes. Ces faits nécessitaient leur propre systématisation et classification, proposées dans les travaux du scientifique suédois K. Linnaeus. Dans son ouvrage « Le système de la nature », il a pu développer une hiérarchie harmonieuse de tous les animaux et plantes.

La taxonomie de Linnaeus est basée sur les espèces ; les espèces étroitement apparentées sont regroupées en genres, les genres similaires en ordres et les ordres en classes. De plus, Linné a introduit une terminologie précise pour décrire les plantes et les animaux. Il est également responsable de l'introduction de la nomenclature binaire (double) : la désignation de chaque espèce par deux termes - le nom du genre et de l'espèce en latin. Linnaeus a déterminé avec précision la relation entre divers groupes systématiques - classes, ordres, genres, espèces et sous-espèces, identifiant clairement les taxons nommés et montrant leur subordination hiérarchique.

Outre la systématisation et la classification du monde organique aux XVIIIe-XIXe siècles. dans le domaine de la biologie traditionnelle, il y avait aussi

ligne entière travail fondamental, considérés comme des classiques de la pensée biologique. Il s'agit de l'ouvrage en 44 volumes du scientifique français J. Buffon et de ses co-auteurs « Histoire naturelle », la célèbre « Vie des animaux » d'A. Brem et les travaux d'E. Haeckel sur la morphologie des organismes.

La biologie naturaliste n’a pas perdu de son importance, même aujourd’hui. L'étude de la flore et de la faune de notre planète se poursuit, de nouvelles espèces sont découvertes et décrites. Même si la biologie moderne a été capable d'analyser et de classer un grand nombre d'organismes animaux et végétaux, elle n'a néanmoins pas pu en faire une description complète. monde naturel. On estime que seulement deux tiers des espèces existantes ont été décrites jusqu'à présent, c'est-à-dire 1,2 million d'animaux, 5 000 000 plantes, des centaines de milliers de champignons, environ 3 000 bactéries, etc. L'écologie, science qui étudie les relations des organismes entre eux et avec leur environnement, prend de plus en plus d'importance. Cette science est apparue dans le cadre de la biologie traditionnelle, considère la nature comme un tout et nécessite une attitude prudente et humaine à son égard.

Périodemicromonde. Physique- chimiquela biologie

Malgré tous les avantages de la biologie naturaliste et de son approche holistique de l’étude de la nature, la biologie devait encore comprendre les mécanismes, phénomènes et processus se produisant à différents niveaux de la vie et des organismes vivants. Par conséquent, de la biologie descriptive traditionnelle, les scientifiques ont été contraints de passer à l'étude de l'anatomie et de la physiologie des plantes et des animaux, des processus vitaux des organismes dans leur ensemble et de leurs organes individuels, puis plus loin dans la nature vivante, à l'étude des la vie aux niveaux génétiques cellulaire et moléculaire.

Les bases des connaissances anatomiques et physiologiques ont été posées dans l'Antiquité et associées aux travaux d'Hippocrate, Hérophile, Claudius Galen et de leurs étudiants. Cependant, le véritable développement de ce domaine de la biologie n’a commencé qu’à l’époque moderne. Aux XVIe-XVIIe siècles. Grâce aux recherches de R. Hooke, N. Grew, J. Helmont, M. Malpighi, réalisées au microscope, l'anatomie végétale a été développée et les niveaux cellulaires et tissulaires de l'organisation végétale ont été découverts. L’expérimentation – l’hybridation artificielle – est une biologie pénétrante qui pose les conditions lointaines de l’émergence de la génétique.

Il est important de noter que la biologie des temps modernes a de plus en plus recours aux méthodes des autres. sciences naturelles- une physique et une chimie plus développées. C'est ainsi que l'idée a pénétré dans la science que tous les phénomènes vitaux obéissent aux lois de la physique et de la chimie et peuvent être expliqués avec leur aide. Ainsi, la biologie utilise de plus en plus les idées de ré-

le productionnisme. Au début il ne s’agissait que d’une approche méthodologique, mais depuis le XIXème siècle. on pourrait parler de la naissance de la biologie physico-chimique, qui étudiait la vie aux niveaux moléculaire et supramoléculaire. Un rôle majeur dans l'établissement de la nouvelle image de la biologie a été joué par les scientifiques du XIXe siècle qui ont utilisé les méthodes de la physique et de la chimie dans leurs recherches : L. Pasteur, I.M. Sechenov, I.P. Pavlov, I.I. Mechnikov et autres. Il faut également citer les fondateurs de la théorie cellulaire, M. Schleiden et T. Schwann, qui ont jeté les bases de l'étude des cellules vivantes en 1838. Leur théorie a conduit à l’émergence de la cytologie – la science des cellules vivantes.

Une étude plus approfondie de la structure cellulaire a donné naissance à la génétique, la science de l'hérédité et de la variabilité. Au 20ème siècle la génétique moléculaire est apparue, ce qui a amené la biologie à un nouveau niveau d'analyse de la vie et l'a rapprochée encore plus de la physique et de la chimie. Il a été possible de comprendre le rôle génétique des acides nucléiques, les mécanismes moléculaires de la reproduction génétique et de la biosynthèse des protéines, ainsi que les mécanismes génétiques moléculaires de variabilité ont été découverts et le métabolisme a été étudié au niveau moléculaire. Parallèlement, les découvertes en physique et en chimie, l'amélioration continue des connaissances physiques et méthodes chimiques la recherche et ses applications en biologie ont créé la possibilité d’aborder l’étude de nombreux problèmes biologiques de manière nouvelle.

D'un point de vue chimique, les organismes vivants sont systèmes ouverts, échangeant constamment de la matière et de l’énergie avec l’environnement. Dans le même temps, avec la nourriture, ils reçoivent une énorme quantité de composés organiques et minéraux qui participent aux réactions biochimiques de l'organisme, puis sont libérés dans l'environnement sous forme de produits de décomposition. Les matériaux de construction d'une cellule vivante sont des macromolécules : protéines, graisses, glucides et acides nucléiques. La régulation hormonale qui se produit dans le corps est également un système de réactions chimiques.

La combinaison de la biologie et de la chimie a donné naissance à nouvelle science- la biochimie, qui étudie la structure et les propriétés des biomolécules simultanément à leur métabolisme dans les tissus et organes vivants. En d’autres termes, la biochimie analyse les modifications des biomolécules au sein d’un organisme vivant. Les biochimistes ont réussi à comprendre comment l'énergie est transférée dans une cellule, à déchiffrer les mécanismes du métabolisme (métabolisme) et à établir le rôle des membranes, des ribosomes et d'autres structures intracellulaires. Ce sont les biochimistes qui ont déchiffré la structure et déterminé les fonctions des protéines et des acides nucléiques, posant ainsi les bases de la génétique moléculaire. Aujourd'hui, les recommandations des biochimistes sont utilisées en médecine, en pharmacie et en agriculture.

La chimie moderne étant basée sur la physique, les scientifiques s'efforcent d'expliquer les phénomènes et les processus biologiques en se basant sur la physique.

lois physiques. Ainsi, en 1950, à l’intersection de la biochimie, de la biologie et de la physique, une nouvelle science est née : la biophysique. Les biophysiciens, considérant tout phénomène biologique, le divisent en plusieurs actes plus élémentaires et compréhensibles et les étudient propriétés physiques. Ainsi ont été expliqués les mécanismes de contraction musculaire, de transmission de l’influx nerveux, les secrets de la photosynthèse et de la catalyse enzymatique.

Grâce à la biochimie et à la biophysique, les scientifiques ont pu combiner leurs connaissances sur la structure et les fonctions du corps. Mais ni ces sciences ni la biologie physico-chimique dans son ensemble ne sont capables de répondre à la question principale de la biologie : la question de l'origine et de l'essence de la vie.

Évolutionnistepériode. Évolutionnistela biologie

L'idée du développement de la nature vivante n'a pénétré la biologie qu'au XIXe siècle, bien que les conditions préalables à la biologie évolutive se soient formées dans l'Antiquité. Ainsi, la taxonomie des êtres vivants d’Aristote repose sur l’idée d’une échelle de créatures : il a disposé les organismes du simple au complexe, et il a placé les humains au sommet de la pyramide du monde animal. De cette idée, il suffisait de faire un pas vers l'idée d'évolution comme développement du monde animal à travers une complication constante.

La période évolutive du développement de la biologie a commencé dans les travaux du biologiste français J. B. Lamarck, qui a proposé la première théorie évolutionniste. Cela a été décrit dans son livre « Philosophie de zoologie », publié en 1809. Lamarck fut le premier à parler des changements dans les organismes sous l'influence de l'environnement et de la transmission des caractéristiques acquises à la descendance. Cependant, Lamarck, dans sa théorie, s'est appuyé sur un certain nombre de points de départ incorrects, à cause desquels il n'a pas pu résoudre la question de la relation entre les facteurs internes et externes de l'évolution.

Une contribution significative au développement de la biologie à ce stade a été apportée par théorie des catastrophes, dont l'auteur était le scientifique français J. Cuvier. Il part de l'idée que les forces naturelles qui opèrent aujourd'hui et celles qui dominaient dans le passé sont qualitativement différentes les unes des autres. Par conséquent, dans le passé, des catastrophes naturelles mondiales pouvaient survenir périodiquement, interrompant le déroulement calme des processus géologiques et biologiques sur Terre. À la suite de ces catastrophes mondiales, non seulement l’apparence de la Terre, mais aussi son monde organique, ont presque complètement changé. La science est incapable d’établir les causes de ces catastrophes, mais on peut conclure que ce sont les catastrophes qui ont conduit à l’émergence de formes organiques de plus en plus complexes.

La véritable révolution en biologie est associée à l'apparition en 1859 de théorie de l'évolution de Charles Darwin, exposé par lui dans le livre « L'origine des espèces par sélection naturelle». Théorie évolutionniste Cadeau-

le vin est construit sur trois postulats : la variabilité, l'hérédité et la sélection naturelle. Selon Darwin, la variabilité est la capacité des organismes à acquérir de nouvelles propriétés et caractéristiques et à les modifier pour diverses raisons. C'est la variabilité qui est le premier et principal maillon de l'évolution. L'hérédité est la capacité des organismes vivants à transmettre leurs propriétés et caractéristiques aux générations suivantes. La sélection naturelle est le résultat de la lutte pour l'existence et signifie la survie et la reproduction réussie des organismes les plus adaptés. Sous l'influence de la sélection naturelle, des groupes d'individus d'une même espèce accumulent diverses caractéristiques adaptatives de génération en génération et, par conséquent, acquièrent des différences si importantes qu'ils se transforment en de nouvelles espèces. Malheureusement, les dispositions sur l'hérédité et la variabilité, également incluses dans cette théorie, ont été beaucoup moins bien développées. Cela a donné lieu à de sérieuses critiques à l'encontre de la théorie de l'évolution de Darwin, développée à la fin du XIXe et au début du XXe siècle.

Théorie moderne (synthétique) de l'évolution n'est apparu que vers la fin des années 20. XXe siècle Il représentait une synthèse de la génétique et du darwinisme. Depuis lors, il est devenu possible de parler de la biologie évolutive comme d’une plate-forme sur laquelle se produit la synthèse de connaissances biologiques hétérogènes. La biologie évolutionniste d'aujourd'hui est le résultat de la combinaison de deux courants de connaissances : l'enseignement de l'évolution elle-même et les connaissances acquises par d'autres sciences biologiques sur les processus et mécanismes de l'évolution. Tout au long du XXe siècle. Le contenu de la biologie évolutive s'est constamment élargi. Il est complété par des données issues de la génétique, de la biologie moléculaire, de la cytologie et de la paléontologie. De nombreux scientifiques pensent que c'est la biologie évolutionniste qui peut devenir le fondement de la biologie théorique, objectif principal des biologistes du 21e siècle.

9.2. De constructionles niveauxorganisationsvie

La vie se caractérise par une unité dialectique des contraires : elle est à la fois holistique et discrète. Le monde organique est un tout, puisqu'il s'agit d'un système de parties interconnectées (l'existence de certains organismes dépend d'autres), et en même temps discret, puisqu'il est constitué d'unités individuelles - organismes ou individus. Chaque organisme vivant, à son tour, est également discret, puisqu'il est constitué d'organes, de tissus et de cellules individuels, mais en même temps, chacun des organes, possédant une certaine autonomie, agit comme partie d'un tout. Chaque cellule est composée d'organites mais fonctionne comme une seule unité. L'information héréditaire est réalisée par les gènes, mais

aucun des gènes en dehors de l'ensemble complet ne détermine le développement d'un trait, etc.

Au caractère discret de la vie sont associés différents niveaux d’organisation du monde organique, qui peuvent être définis comme des états discrets de systèmes biologiques caractérisés par la subordination, l’interconnectivité et des modèles spécifiques. De plus, chaque nouveau niveau a des propriétés et des modèles spéciaux du niveau précédent inférieur, puisque tout organisme, d'une part, est constitué d'éléments qui lui sont subordonnés et, d'autre part, il est lui-même un élément qui fait partie d'un système macrobiologique. .

À tous les niveaux de la vie, des attributs tels que la discrétion et l'intégrité, l'organisation structurelle, l'échange de matière, d'énergie et d'information se manifestent. L’existence de la vie aux niveaux supérieurs d’organisation est préparée et déterminée par la structure du niveau inférieur ; en particulier, la nature du niveau cellulaire est déterminée par les niveaux moléculaire et subcellulaire, l'organisme - par les niveaux cellulaires, tissulaires, etc.

Niveaux structurels Les organisations de la vie sont extrêmement diverses, mais les principales sont moléculaires, cellulaires, ontogènes, populations-espèces, biocénotiques, biogéocénotiques et biosphère.

Moléculairement- génétiqueniveau

Le niveau génétique moléculaire de la vie est le niveau de fonctionnement des biopolymères (protéines, acides nucléiques, polysaccharides) et d'autres composés organiques importants qui sont à la base des processus vitaux des organismes. A ce niveau, l'unité structurelle élémentaire est le gène, et le porteur de l'information héréditaire dans tous les organismes vivants est la molécule d'ADN. La mise en œuvre de l'information héréditaire s'effectue avec la participation de molécules d'ARN. En raison du fait que les processus de stockage, de modification et de mise en œuvre des informations héréditaires sont associés à des structures moléculaires, ce niveau est appelé génétique moléculaire.

Les tâches les plus importantes de la biologie à ce niveau sont l'étude des mécanismes de transmission de l'information génétique, de l'hérédité et de la variabilité, la recherche processus évolutifs, origine et essence de la vie.

Tous les organismes vivants contiennent des molécules inorganiques simples : azote, eau, dioxyde de carbone. À partir de ceux-ci, au cours de l’évolution chimique, des composés organiques simples ont émergé, qui sont à leur tour devenus des matériaux de construction pour des molécules plus grosses. C'est ainsi qu'apparaissent les macromolécules - des molécules géantes

molécules de polymère construites à partir de nombreux monomères. Il existe trois types de polymères : les polysaccharides, les protéines et les acides nucléiques. Leurs monomères sont respectivement des monosaccharides, des acides aminés et des nucléotides.

Écureuils et les acides nucléiques sont des molécules « d’information », puisque la séquence des monomères, qui peut être très diverse, joue un rôle important dans leur structure. Les polysaccharides (amidon, glycogène, cellulose) jouent le rôle de source d'énergie et de matériau de construction pour la synthèse de molécules plus grosses.

Les protéines sont des macromolécules qui sont de très longues chaînes d'acides aminés - des acides organiques (carboxyliques), contenant généralement un ou deux groupes aminés (-NH 2).

Dans les solutions, les acides aminés peuvent présenter les propriétés des acides et des bases. Cela en fait une sorte de tampon contre les changements physiques et chimiques dangereux. Plus de 170 acides aminés se trouvent dans les cellules et tissus vivants, mais les protéines n’en contiennent que 20. C’est la séquence d’acides aminés reliés les uns aux autres par des liaisons peptidiques1 qui forme la structure primaire des protéines. Les protéines représentent plus de 50 % de la masse sèche totale des cellules.

La plupart des protéines remplissent la fonction de catalyseurs (enzymes). Leur structure spatiale contient des centres actifs sous forme de dépressions d'une certaine forme. Les molécules dont la transformation est catalysée par cette protéine pénètrent dans ces centres. De plus, les protéines jouent le rôle de transporteurs ; par exemple, l'hémoglobine transporte l'oxygène des poumons vers les tissus. Les contractions musculaires et les mouvements intracellulaires sont le résultat de l’interaction de molécules protéiques dont la fonction est de coordonner les mouvements. La fonction des protéines anticorps est de protéger l’organisme contre les virus, les bactéries, etc. Activité système nerveux dépend des protéines à l'aide desquelles les informations de l'environnement sont collectées et stockées. Des protéines appelées hormones contrôlent la croissance et l’activité cellulaire.

Acides nucléiques. Les processus vitaux des organismes vivants sont déterminés par l'interaction de deux types de macromolécules : les protéines et l'ADN. L'information génétique d'un organisme est stockée dans des molécules d'ADN, qui servent de support d'informations héréditaires pour la génération suivante et déterminent la biosynthèse des protéines qui contrôlent presque tous les processus biologiques. Par conséquent, nouk-

1 La liaison peptidique est liaison chimique-CO-NH-.

Les acides leiques occupent la même place importante dans l’organisme que les protéines.

Les protéines et les acides nucléiques ont un très propriété importante— dissymétrie moléculaire (asymétrie) ou chiralité moléculaire. Cette propriété de la vie a été découverte dans les années 40-50. XIXème siècle L. Pasteur lors de l'étude de la structure des cristaux de substances d'origine biologique - sels d'acide de raisin. Dans ses expériences, Pasteur a découvert que non seulement les cristaux, mais aussi leurs solutions aqueuses capable de dévier un faisceau de lumière polarisée, c'est-à-dire sont optiquement actifs. Plus tard, ils reçurent le nom isomères optiques. Les solutions de substances d'origine non biologique n'ont pas cette propriété, la structure de leurs molécules est symétrique.

Aujourd'hui, les idées de Pasteur ont été confirmées et il est considéré comme prouvé que la chiralité moléculaire (du grec cheir - main) n'est inhérente qu'à la matière vivante et en est la propriété intégrale. La matière d'origine inanimée est symétrique dans le sens où il y a toujours un nombre égal de molécules polarisant la lumière vers la gauche et vers la droite. Et dans une substance d'origine biologique, il y a toujours un écart par rapport à cet équilibre. Les protéines sont construites à partir d’acides aminés qui polarisent la lumière uniquement vers la gauche (configuration L). Les acides nucléiques sont constitués de sucres qui polarisent la lumière uniquement vers la droite (configuration D). Ainsi, la chiralité réside dans l'asymétrie des molécules, leur incompatibilité avec leur image miroir, comme celle des mains droite et gauche, ce qui donne nom moderne cette propriété. Il est intéressant de noter que si une personne se transformait soudainement en son image dans un miroir, tout irait bien pour son corps jusqu'à ce qu'elle commence à manger des aliments d'origine végétale ou animale, qu'elle ne pouvait tout simplement pas digérer.

Acides nucléiques sont des composés organiques complexes qui sont des biopolymères contenant du phosphore (polynucléotides).

Il existe deux types d'acides nucléiques : l'acide désoxyribonucléique (ADN) et l'acide ribonucléique (ARN). Les acides nucléiques tirent leur nom (du latin noyau - noyau) du fait qu'ils ont été isolés pour la première fois à partir des noyaux des leucocytes dans la seconde moitié du 19e siècle. Biochimiste suisse F. Miescher. Plus tard, on a découvert que les acides nucléiques pouvaient être trouvés non seulement dans le noyau, mais aussi dans le cytoplasme et ses organites. Les molécules d'ADN et les protéines histones forment la substance des chromosomes.

Au milieu du 20ème siècle. Le biochimiste américain J. Watson et le biophysicien anglais F. Crick ont ​​découvert la structure de la molécule d'ADN. Des études par diffraction des rayons X ont montré que l'ADN est constitué de deux chaînes torsadées en double hélice. Le rôle de squelette des chaînes est joué par les groupes sucre-phosphate, et les bases des purines et des pyrimidines servent de ponts. Chaque pont est formé de deux bases attachées à deux chaînes opposées, et si une base a un anneau, alors l'autre en a deux. Ainsi, des couples complémentaires se forment : A-T et G-C. Cela signifie que la séquence de bases d’une chaîne détermine de manière unique la séquence de bases d’une autre chaîne complémentaire de la molécule.

Un gène est une section d'une molécule d'ADN ou d'ARN (dans certains virus). L'ARN contient 4 à 6 000 nucléotides individuels, l'ADN - 10 à 25 000. S’il était possible d’étirer l’ADN d’une cellule humaine en un fil continu, sa longueur serait de 91 cm.

Et pourtant, la naissance de la génétique moléculaire s'est produite un peu plus tôt, lorsque les Américains J. Beadle et E. Tatum ont établi un lien direct entre l'état des gènes (ADN) et la synthèse des enzymes (protéines). C’est alors qu’apparaît le célèbre dicton : « un gène, une protéine ». Plus tard, il a été découvert que la fonction principale des gènes est de coder pour la synthèse des protéines. Après cela, les scientifiques ont concentré leur attention sur la question de savoir comment le programme génétique est écrit et comment il est mis en œuvre dans la cellule. Pour ce faire, il était nécessaire de comprendre comment quatre bases pouvaient coder jusqu’à vingt acides aminés dans des molécules de protéines. La principale contribution à la solution de ce problème a été apportée par le célèbre physicien théoricien G. Gamow au milieu des années 1950.

Selon son hypothèse, une combinaison de trois nucléotides d’ADN est utilisée pour coder un acide aminé. Cette unité élémentaire de l'hérédité, codant pour un acide aminé, est appelée codon. En 1961, l'hypothèse de Gamow est confirmée par les recherches de F. Crick. C'est ainsi qu'a été déchiffré le mécanisme moléculaire de lecture de l'information génétique d'une molécule d'ADN lors de la synthèse des protéines.

Dans une cellule vivante, il existe des organites - les ribosomes, qui « lisent » la structure primaire de l'ADN et synthétisent des protéines conformément aux informations enregistrées dans l'ADN. Chaque triplet de nucléotides se voit attribuer l'un des 20 acides aminés possibles. C'est ainsi que la structure primaire de l'ADN détermine la séquence d'acides aminés de la protéine synthétisée et fixe le code génétique de l'organisme (cellule).

Le code génétique de tous les êtres vivants, qu’il s’agisse d’une plante, d’un animal ou d’une bactérie, est le même. Cette fonctionnalité code génétique ainsi que la similitude de la composition en acides aminés de toutes les protéines indique

sur l'unité biochimique de la vie, l'origine de tous les êtres vivants sur Terre à partir d'un seul ancêtre.

Le mécanisme de reproduction de l’ADN a également été décrypté. Il se compose de trois parties : la réplication, la transcription et la traduction.

Réplication- C'est le doublement des molécules d'ADN. La base de la réplication est propriété unique L'ADN s'autocopie, ce qui permet aux cellules de se diviser en deux cellules identiques. Lors de la réplication, l'ADN, constitué de deux chaînes moléculaires torsadées, se déroule. Deux brins moléculaires se forment, chacun servant de modèle pour la synthèse d'un nouveau brin, complémentaire de celui d'origine. Après cela, la cellule se divise et dans chaque cellule, un brin d'ADN sera ancien et le second sera nouveau. La violation de la séquence nucléotidique dans la chaîne d'ADN entraîne des modifications héréditaires dans le corps - des mutations.

Transcription est le transfert du code de l'ADN par la formation d'une molécule d'ARN messager simple brin (ARNi) sur l'un des brins d'ADN. L'ARNm est une copie d'une partie d'une molécule d'ADN, constituée d'un ou d'un groupe de gènes situés à proximité et qui transportent des informations sur la structure des protéines.

Diffuser - Il s'agit d'une synthèse protéique basée sur le code génétique de l'ARNm dans des organites cellulaires spéciaux - les ribosomes, où l'ARN de transfert (ARNt) délivre des acides aminés.

A la fin des années 1950. Des scientifiques russes et français ont émis simultanément l'hypothèse que les différences dans la fréquence d'apparition et l'ordre des nucléotides dans l'ADN différents organismes ont un caractère spécifique à l'espèce. Cette hypothèse a permis d'étudier l'évolution du vivant et la nature de la spéciation au niveau moléculaire.

Il existe plusieurs mécanismes de variabilité au niveau moléculaire. Le plus important d'entre eux est le mécanisme de mutation génétique déjà mentionné - transformation directe des gènes eux-mêmesnouveau, situé dans le chromosome, sous l'influence de facteurs externes. Les facteurs provoquant la mutation (mutagènes) sont les radiations, les substances toxiques composants chimiques, ainsi que les virus. Avec ce mécanisme de variabilité, l’ordre des gènes sur le chromosome ne change pas.

Un autre mécanisme de variabilité est recombinaison de gènes. Il s'agit de la création de nouvelles combinaisons de gènes situés sur un chromosome spécifique. En même temps, elle-même base moléculaire le gène ne change pas, mais se déplace d'une partie du chromosome à une autre ou des gènes sont échangés entre deux chromosomes. La recombinaison génétique se produit lors de la reproduction sexuée dans les organismes supérieurs. Dans ce cas, il n'y a pas de changement dans le volume total d'information génétique, il reste inchangé. Ce mécanisme explique pourquoi les enfants ne ressemblent que partiellement à leurs parents -

ils héritent des traits des deux organismes parents, qui sont combinés de manière aléatoire.

Un autre mécanisme de variabilité est recombinaison non classiquenouveau- n'a été découvert que dans les années 1950. Avec la recombinaison génétique non classique, il y a une augmentation générale du volume d'informations génétiques en raison de l'inclusion de nouveaux éléments génétiques dans le génome de la cellule. Le plus souvent, de nouveaux éléments sont introduits dans la cellule par des virus. Aujourd'hui, plusieurs types de gènes transmissibles ont été découverts. Parmi eux se trouvent les plasmides, qui sont de l’ADN circulaire double brin. À cause d'eux, après une utilisation prolongée de médicaments, une dépendance apparaît, après quoi ils cessent d'avoir un effet médicinal. Les bactéries pathogènes contre lesquelles notre médicament agit se lient aux plasmides, ce qui les rend résistantes au médicament, et elles ne s'en rendent plus compte.

La migration d’éléments génétiques peut provoquer à la fois des réarrangements structurels des chromosomes et des mutations génétiques. La possibilité d'utiliser de tels éléments par l'homme a conduit à l'émergence d'une nouvelle science : le génie génétique, dont le but est de créer de nouvelles formes d'organismes dotés de propriétés spécifiées. Ainsi, grâce à des méthodes génétiques et biochimiques, de nouvelles combinaisons de gènes qui n’existent pas dans la nature sont construites. Pour ce faire, l’ADN codant pour la production d’une protéine possédant les propriétés souhaitées est modifié. Ce mécanisme est à la base de toutes les biotechnologies modernes.

À l’aide de l’ADN recombinant, vous pouvez synthétiser une variété de gènes et les introduire dans des clones (colonies d’organismes identiques) pour une synthèse protéique ciblée. Ainsi, en 1978, l'insuline a été synthétisée, une protéine destinée au traitement du diabète. Le gène souhaité a été introduit dans un plasmide et introduit dans une bactérie ordinaire.

Les généticiens s'efforcent de créer des vaccins sûrs contre les infections virales, car les vaccins traditionnels sont un virus affaibli censé déclencher la production d'anticorps, leur administration est donc associée à certains risques. Le génie génétique permet d'obtenir de l'ADN qui code pour la couche superficielle du virus. Dans ce cas, l'immunité est développée, mais l'infection du corps est exclue.

Aujourd'hui, le génie génétique envisage la question de l'augmentation de l'espérance de vie et de la possibilité d'immortalité en modifiant le programme génétique humain. Ceci peut être réalisé en augmentant les fonctions enzymatiques protectrices de la cellule, en protégeant les molécules d'ADN de divers dommages associés à la fois aux troubles métaboliques et aux influences environnementales. De plus, les scientifiques ont réussi à découvrir le pigment vieillissant et à créer un médicament spécial qui en libère les cellules. Dans des expériences avec nous-

Shami a vu son espérance de vie augmenter. Les scientifiques ont également pu établir qu’au moment de la division cellulaire, les télomères – structures chromosomiques spéciales situées aux extrémités des chromosomes cellulaires – rétrécissent. Le fait est que lors de la réplication de l’ADN, une substance spéciale – la polymérase – suit l’hélice de l’ADN et en fait une copie. Mais la polymérase ne commence pas à copier l'ADN dès le début, mais laisse à chaque fois une pointe non copiée. Par conséquent, à chaque copie ultérieure, l'hélice de l'ADN est raccourcie en raison des sections terminales qui ne transportent aucune information, ni des télomères. Dès que les télomères sont épuisés, les copies suivantes commencent à réduire la partie de l’ADN qui transporte l’information génétique. C'est le processus de vieillissement cellulaire. En 1997, une expérience a été menée aux États-Unis et au Canada pour allonger artificiellement les télomères. À cette fin, une enzyme cellulaire récemment découverte, la télomérase, a été utilisée, qui favorise la croissance des télomères. Les cellules ainsi obtenues ont acquis la capacité de se diviser de manière répétée, en conservant totalement leurs propriétés fonctionnelles normales et sans se transformer en cellules cancéreuses.

DANS Dernièrement Les succès des ingénieurs généticiens dans le domaine du clonage - la reproduction exacte d'un objet vivant particulier en un certain nombre de copies à partir de cellules somatiques - sont désormais largement connus. Dans ce cas, l’individu cultivé est génétiquement impossible à distinguer de l’organisme parent.

L’obtention de clones à partir d’organismes qui se reproduisent par parthénogenèse, sans fécondation préalable, n’est pas quelque chose de spécial et est utilisée depuis longtemps par les généticiens. Dans les organismes supérieurs, on connaît également des cas de clonage naturel - la naissance de vrais jumeaux. Mais l'obtention artificielle de clones d'organismes supérieurs est associée à de sérieuses difficultés. Cependant, en février 1997, une méthode de clonage de mammifères a été développée dans le laboratoire de Jan Wilmut à Édimbourg et la brebis Dolly a été élevée avec son aide. Pour ce faire, des œufs ont été prélevés sur un mouton écossais Blackface, placés dans un milieu nutritif artificiel, et les noyaux en ont été retirés. Ensuite, ils ont prélevé des cellules de glande mammaire sur une brebis finlandaise Dorset adulte enceinte, portant l’ensemble génétique complet. Après un certain temps, ces cellules ont fusionné avec les œufs anucléés et ont activé leur développement grâce à decharge electrique. L'embryon en développement a ensuite grandi pendant six jours dans un environnement artificiel, après quoi les embryons ont été transplantés dans l'utérus de la mère adoptive, où ils se sont développés jusqu'à la naissance. Mais sur 236 expériences, une seule a réussi : Dolly la brebis a grandi.

Après cela, Wilmut a annoncé la possibilité fondamentale du clonage humain, ce qui a suscité les discussions les plus animées.

non seulement dans la littérature scientifique, mais aussi dans les parlements de nombreux pays, car une telle possibilité est associée à de très graves problèmes moraux, éthiques et juridiques. Ce n’est pas un hasard si certains pays ont déjà adopté des lois interdisant le clonage humain. Après tout, la plupart des embryons clonés meurent. De plus, il existe une forte probabilité de donner naissance à des malformations. Les expériences de clonage sont donc non seulement immorales, mais aussi tout simplement dangereuses du point de vue de la préservation de la pureté de l'espèce. Homo sapiens. Le risque était trop grand, ce qui a été confirmé par des informations parvenues début 2002 selon lesquelles Dolly, la brebis, avait développé de l'arthrite, une maladie peu courante chez les moutons, et avait dû être euthanasiée peu de temps après.

Par conséquent, un domaine de recherche beaucoup plus prometteur est l’étude du génome humain (ensemble de gènes). En 1988, à l'initiative de J. Watson, elle est créée organisation internationale« Génome Humain », qui a réuni de nombreux scientifiques du différents pays monde et s'est donné pour tâche de déchiffrer l'ensemble du génome humain. Il s'agit d'une tâche énorme, car le nombre de gènes dans le corps humain varie de 50 à 100 000 et le génome entier comprend plus de 3 milliards de paires de nucléotides.

On pense que la première étape de ce programme, associée au décodage de la séquence des paires de nucléotides, sera achevée d'ici fin 2005. Des travaux ont déjà été menés pour créer un « atlas » des gènes, un ensemble de leurs cartes. La première carte de ce type a été réalisée en 1992 par D. Cohen et J. Dosset. Dans sa version finale, il a été présenté en 1996 par J. Weissenbach qui, étudiant le chromosome au microscope, a utilisé des marqueurs spéciaux pour marquer l'ADN de ses différentes sections. Il a ensuite cloné ces sections, les a cultivées sur des micro-organismes et a obtenu des fragments d'ADN - la séquence de nucléotides d'un brin d'ADN qui constituait les chromosomes. Ainsi, Weissenbach a déterminé la localisation de 223 gènes et identifié environ 30 mutations conduisant à 200 maladies, dont l'hypertension, le diabète, la surdité, la cécité et les tumeurs malignes.

L'un des résultats de ce programme, bien qu'incomplet, est la capacité d'identifier les pathologies génétiques dès les premiers stades de la grossesse et la création de la thérapie génique - une méthode de traitement des maladies héréditaires à l'aide de gènes. Avant de procéder à la thérapie génique, ils découvrent quel gène s'est avéré défectueux, obtiennent un gène normal et l'introduisent dans toutes les cellules malades. Dans ce cas, il est très important de s’assurer que le gène introduit fonctionne sous le contrôle des mécanismes cellulaires, sinon on obtiendra une cellule cancéreuse. Il y a déjà les premiers patients guéris de cette manière. Certes, on ne sait pas encore exactement dans quelle mesure ils ont été guéris et

si la maladie réapparaîtra à l'avenir. En outre, les conséquences à long terme d’un tel traitement ne sont pas encore claires.

Bien entendu, le recours à la biotechnologie et au génie génétique a des effets à la fois positifs et côtés négatifs. En témoigne un mémorandum publié en 1996 par la Fédération européenne des sociétés de microbiologie. Cela est dû au fait que le grand public est méfiant et hostile à l’égard des technologies génétiques. La peur est provoquée par la possibilité de créer une bombe génétique capable de déformer le génome humain et de conduire à la naissance de monstres ; l'émergence de maladies inconnues et la production d'armes biologiques.

Enfin, le problème de la large diffusion de produits alimentaires transgéniques créés par l'introduction de gènes bloquant le développement de maladies virales ou fongiques a récemment été largement débattu. Des tomates et du maïs transgéniques ont déjà été créés et vendus. Du pain, du fromage et de la bière fabriqués à l'aide de microbes transgéniques sont mis sur le marché. Ces produits sont résistants aux bactéries nocives et ont des qualités améliorées - goût, valeur nutritionnelle, force, etc. Par exemple, du tabac, des tomates et des poivrons résistants aux virus sont cultivés en Chine. On sait que les tomates transgéniques sont résistantes aux infections bactériennes, les pommes de terre et le maïs sont résistants aux champignons. Mais les conséquences à long terme de l'utilisation de tels produits sont encore inconnues, en premier lieu le mécanisme de leur effet sur le corps humain et le génome.

Bien entendu, en vingt ans d’utilisation de la biotechnologie, rien de ce que les gens craignent ne s’est produit. Tous les nouveaux micro-organismes créés par les scientifiques sont moins pathogènes que leurs formes originales. À aucun moment il n’y a eu de propagation nocive ou dangereuse d’organismes recombinants. Cependant, les scientifiques veillent à ce que les souches transgéniques ne contiennent pas de gènes qui, transférés à d'autres bactéries, pourraient avoir un effet dangereux. Il existe un danger théorique de créer de nouveaux types d’armes bactériologiques basées sur les technologies génétiques. Les scientifiques doivent donc prendre en compte ce risque et promouvoir le développement d’un système de contrôle international fiable, capable de détecter et de suspendre de tels travaux.

Compte tenu du danger possible lié à l'utilisation des technologies génétiques, des documents ont été élaborés réglementant leur utilisation, des règles de sécurité pour leur mise en œuvre recherche en laboratoire et le développement industriel, ainsi que les règles relatives à l'introduction d'organismes génétiquement modifiés dans l'environnement.

Ainsi, on estime aujourd’hui que, si des précautions appropriées sont prises, les avantages apportés par les technologies génétiques l’emportent sur les risques d’éventuelles conséquences négatives.

Cellulaireniveau

Au niveau cellulaire de l’organisation, l’unité structurelle et fonctionnelle de base de tous les organismes vivants est la cellule. Au niveau cellulaire, ainsi qu'au niveau génétique moléculaire, on constate l'uniformité de tous les organismes vivants. Dans tous les organismes, la biosynthèse et la mise en œuvre de l'information héréditaire ne sont possibles qu'au niveau cellulaire. Le niveau cellulaire des organismes unicellulaires coïncide avec le niveau de l'organisme. L’histoire de la vie sur notre planète a commencé à ce niveau d’organisation.

Aujourd’hui, la science a clairement établi que la cellule est la plus petite unité indépendante de structure, de fonctionnement et de développement d’un organisme vivant.

Cellule représente un élémentaire système biologique, capable de s'auto-renouvellement, de s'auto-reproduire et de se développer, c'est-à-dire doté de toutes les caractéristiques d’un organisme vivant.

Les structures cellulaires sont à la base de la structure de tout organisme vivant, aussi diversifiée et complexe que puisse paraître sa structure. La science qui étudie les cellules vivantes s’appelle la cytologie. Elle étudie la structure des cellules, leur fonctionnement en tant que systèmes vivants élémentaires, étudie les fonctions des composants cellulaires individuels, le processus de reproduction cellulaire, leur adaptation aux conditions environnementales, etc. La cytologie étudie également les caractéristiques des cellules spécialisées, la formation de leurs particularités. fonctions et le développement de structures cellulaires spécifiques. Ainsi, la cytologie moderne peut être appelée physiologie cellulaire. Les succès de la cytologie moderne sont inextricablement liés aux progrès de la biochimie, de la biophysique, de la biologie moléculaire et de la génétique.

La cytologie repose sur l'affirmation selon laquelle tous les organismes vivants (animaux, plantes, bactéries) sont constitués de cellules et de leurs produits métaboliques. De nouvelles cellules se forment en divisant des cellules préexistantes. Toutes les cellules sont semblables composition chimique et le métabolisme. L'activité de l'organisme dans son ensemble consiste en l'activité et l'interaction des cellules individuelles.

La découverte de l'existence des cellules s'est produite à la fin XVIIIe c., lorsque le microscope a été inventé. La cellule a été décrite pour la première fois par le scientifique anglais R. Hooke en 1665, lorsqu'il examinait un morceau de liège. Comme son microscope n’était pas très avancé, ce qu’il voyait étaient en réalité des parois de cellules mortes. Il a fallu près de deux cents ans aux biologistes pour comprendre que Le rôle principal Ce ne sont pas les parois de la cellule qui jouent, mais son contenu interne. Parmi les créateurs de la théorie cellulaire, il faut également citer A. Leeuwenhoek, qui a montré que les tissus de nombreuses plantes

les organismes sont construits à partir de cellules. Il a également décrit les globules rouges, les organismes unicellulaires et les bactéries. Certes, Leeuwenhoek, comme d'autres chercheurs du XVIIe siècle, n'a vu dans la cellule qu'une coquille contenant une cavité.

Des progrès significatifs dans l'étude des cellules ont eu lieu au début du 19e siècle, lorsqu'elles ont commencé à être considérées comme des individus dotés de propriétés vitales. Dans les années 1830. Le noyau cellulaire a été découvert et décrit, ce qui a attiré l'attention des scientifiques sur le contenu de la cellule. Il était alors possible d’observer la division des cellules végétales. Sur la base de ces études, la théorie cellulaire a été créée, qui est devenue le plus grand événement biologique du XIXe siècle. C'est la théorie cellulaire qui a fourni une preuve décisive de l'unité de toute nature vivante et a servi de fondement au développement de l'embryologie, de l'histologie, de la physiologie, de la théorie de l'évolution, ainsi qu'à la compréhension du développement individuel des organismes.

La cytologie a reçu un élan puissant avec la création de la génétique et de la biologie moléculaire. Après cela, de nouveaux composants, ou organites, des cellules ont été découverts : membrane, ribosomes, lysosomes, etc.

Selon les concepts modernes, les cellules peuvent exister en tant qu'organismes indépendants (par exemple, les protozoaires) ou en tant que parties d'organismes multicellulaires, où se trouvent des cellules germinales qui servent à la reproduction et des cellules somatiques (cellules du corps). Les cellules somatiques diffèrent par leur structure et leur fonction : il existe des cellules nerveuses, osseuses, musculaires et sécrétoires. La taille des cellules peut varier de 0,1 micron (certaines bactéries) à 155 mm (un œuf d'autruche dans une coquille). Un organisme vivant est formé de milliards de cellules différentes (jusqu'à 1015), dont la forme peut être la plus bizarre (araignée, étoile, flocon de neige, etc.).

Il a été établi que malgré la grande diversité des cellules et des fonctions qu'elles remplissent, les cellules de tous les organismes vivants ont une composition chimique similaire : leur teneur en hydrogène, oxygène, carbone et azote est particulièrement élevée (ces éléments chimiques constituent plus de 98% du contenu total de la cellule) ; Une cinquantaine d’autres éléments chimiques représentent 2 %.

Les cellules des organismes vivants contiennent des substances inorganiques - eau (en moyenne jusqu'à 80 %) et sels minéraux, ainsi que des composés organiques : 90 % de la masse sèche de la cellule est constituée de biopolymères - protéines, acides nucléiques, glucides et lipides. . Et enfin, il a été scientifiquement prouvé que toutes les cellules sont constituées de trois parties principales :

la membrane plasmique, qui contrôle la transition des substances de l'environnement vers la cellule et inversement ;

cytoplasme de structure diversifiée;

le noyau cellulaire, qui contient l’information génétique.

De plus, toutes les cellules animales et certaines cellules végétales contiennent des centrioles, des structures cylindriques qui forment les centres des cellules. Les cellules végétales possèdent également une paroi cellulaire (coquille) et des plastes - des structures cellulaires spécialisées qui contiennent souvent un pigment qui détermine la couleur de la cellule.

Membrane cellulaire se compose de deux couches de molécules de substances grasses, entre lesquelles se trouvent des molécules de protéines. La membrane maintient la concentration normale de sels à l'intérieur de la cellule. Si la membrane est endommagée, la cellule meurt.

Cytoplasme Il s’agit d’une solution eau-sel contenant des enzymes et d’autres substances dissoutes et en suspension. Les organites sont situés dans le cytoplasme - de petits organes délimités du contenu du cytoplasme par leurs propres membranes. Parmi eux - mitochondries- des formations en forme de sac avec des enzymes respiratoires dans lesquelles l'énergie est libérée. Également localisé dans le cytoplasme les ribosomes, constitué de protéines et d'ARN, à l'aide desquels la biosynthèse des protéines est réalisée dans la cellule. Fr-réticulum préplasmique- il s'agit d'un système circulatoire intracellulaire général, à travers lequel les substances sont transportées, et sur les membranes des canaux se trouvent des enzymes qui assurent l'activité vitale de la cellule. Joue un rôle important dans la cellule collecentre exact, composé de deux centrioles. C’est le début du processus de division cellulaire.

La partie la plus importante de toutes les cellules (sauf les bactéries) est cœur, qui contient des chromosomes - de longs corps filiformes constitués d'ADN et de protéines qui y sont attachés. Le noyau stocke et reproduit les informations génétiques et régule également les processus métaboliques dans la cellule.

Les cellules se reproduisent en divisant la cellule d'origine en deux cellules filles. Dans ce cas, un ensemble complet de chromosomes porteurs d’informations génétiques est transmis aux cellules filles, de sorte que le nombre de chromosomes double avant la division. Cette division cellulaire, qui assure une répartition égale du matériel génétique entre les cellules filles, est appelée mitose.

Les organismes multicellulaires se développent également à partir d’une seule cellule, l’œuf. Cependant, au cours de l’embryogenèse, les cellules changent. Cela conduit à l’apparition de nombreuses cellules différentes : musculaires, nerveuses, sanguines, etc. Différentes cellules synthétisent différentes protéines. Cependant, chaque cellule d'un organisme multicellulaire porte en elle un ensemble complet d'informations génétiques pour la construction de toutes les protéines nécessaires à l'organisme.

Selon le type de cellule, tous les organismes sont divisés en deux groupes :

procaryotes - cellules dépourvues de noyau. Chez eux, les molécules d'ADN ne sont pas entourées d'une membrane nucléaire et ne sont pas organisées en chromosomes. Les procaryotes comprennent les bactéries ;

eucaryotes- les cellules contenant des noyaux. De plus, ils contiennent des mitochondries - des organites dans lesquels se déroule le processus d'oxydation. Les eucaryotes comprennent les protozoaires, les champignons, les plantes et les animaux, ils peuvent donc être unicellulaires ou multicellulaires.

Ainsi, entre procaryotes et eucaryotes, il existe des différences significatives dans la structure et le fonctionnement de l'appareil génétique, des parois cellulaires et des systèmes membranaires, de la synthèse des protéines, etc. On suppose que les premiers organismes apparus sur Terre étaient des procaryotes. On l'a cru jusque dans les années 1960, lorsqu'une étude approfondie de la cellule a conduit à la découverte d'archéobactéries, dont la structure est similaire à celle des procaryotes et des eucaryotes. La question de savoir quels organismes unicellulaires sont les plus anciens et la possibilité de l'existence d'une certaine première cellule à partir de laquelle les trois lignées évolutives ont ensuite émergé restent ouvertes.

En étudiant une cellule vivante, les scientifiques ont attiré l'attention sur l'existence de deux types principaux de sa nutrition, ce qui a permis de diviser tous les organismes en deux types selon le mode de nutrition :

autotrophe organismes - organismes qui n'ont pas besoin de nourriture biologique et peuvent mener des activités vitales grâce à l'assimilation du dioxyde de carbone (bactéries) ou à la photosynthèse (plantes), c'est-à-dire les autotrophes produisent eux-mêmes les nutriments dont ils ont besoin ;

hétérotrophe Les organismes sont tous des organismes qui ne peuvent survivre sans nourriture biologique.

Plus tard, des facteurs aussi importants ont été clarifiés que la capacité des organismes à synthétiser les substances nécessaires (vitamines, hormones, etc.) et à se fournir en énergie, la dépendance à l'égard de l'environnement écologique, etc.. Ainsi, la nature complexe et différenciée des relations trophiques indique le besoin approche systématiqueà l'étude de la vie et au niveau havegénétique. C'est ainsi que le concept de systématicité fonctionnelle a été formulé par P.K. Anokhin, selon lequel, dans les organismes unicellulaires et multicellulaires, divers composants des systèmes fonctionnent de manière coordonnée. Dans le même temps, les composants individuels facilitent et favorisent le fonctionnement coordonné des autres, garantissant ainsi l'unité et l'intégrité dans la mise en œuvre des processus vitaux de l'organisme tout entier. La cohérence fonctionnelle se manifeste également dans le fait que les processus sur niveaux inférieurs organisé par des connexions fonctionnelles aux plus hauts niveaux de l'organisation. La systématicité fonctionnelle est particulièrement visible dans les organismes multicellulaires.

Ontogénétiqueniveau. Multicellulaireorganismes

L'unité de base de la vie au niveau de l'ontogenèse est l'individu, et le phénomène élémentaire est l'ontogenèse. Un individu biologique peut être un organisme unicellulaire ou multicellulaire, mais dans tous les cas, il représente un système intégral et autoreproducteur.

L'ontogenèse est le processus de développement individuel d'un organisme depuis la naissance à travers des changements morphologiques, physiologiques et biochimiques successifs jusqu'à la mort, le processus de réalisation de l'information héréditaire.

Le système vivant minimal, élément constitutif de la vie, est la cellule, qui est étudiée par cytologie. Le fonctionnement et le développement des organismes vivants multicellulaires font l'objet de physiologie. À l'heure actuelle, une théorie unifiée de l'ontogenèse n'a pas été créée, car les causes et les facteurs déterminant le développement individuel de l'organisme n'ont pas été établis.

Tous les organismes multicellulaires sont divisés en trois règnes : les champignons, les plantes et les animaux. L'activité vitale des organismes multicellulaires, ainsi que le fonctionnement de leurs différentes parties, sont étudiés par la physiologie. Cette science examine les mécanismes de mise en œuvre de diverses fonctions par un organisme vivant, leurs relations entre elles, la régulation et l'adaptation de l'organisme à l'environnement extérieur, l'origine et la formation dans le processus d'évolution et de développement individuel de l'individu. En fait, c'est le processus d'ontogenèse - le développement de l'organisme de la naissance à la mort. Dans ce cas, il se produit une croissance, un mouvement de structures individuelles, une différenciation et une complication générale de l'organisme.

Le processus d'ontogenèse est décrit sur la base de la célèbre loi biogénétique formulée par E. Haeckel, l'auteur du terme « ontogenèse ». La loi biogénétique stipule que l'ontogenèse, sous une forme brève, répète la phylogénie, c'est-à-dire un organisme individuel dans son développement individuel sous une forme abrégée passe par toutes les étapes de développement de son espèce. Ainsi, l'ontogenèse représente la mise en œuvre d'informations héréditaires codées dans la cellule germinale, ainsi qu'un contrôle de la cohérence de tous les systèmes de l'organisme au cours de son travail et de son adaptation à l'environnement.

Tous les organismes multicellulaires sont composés d'organes et de tissus. Les tissus sont un groupe de cellules et de substances intercellulaires physiquement unies pour remplir des fonctions spécifiques. Les étudier

est le sujet de l'histologie. Les tissus peuvent être formés à partir de cellules identiques ou différentes. Par exemple, chez les animaux, l’épithélium pavimenteux est constitué de cellules identiques, tandis que les tissus musculaires, nerveux et conjonctifs sont constitués de cellules différentes.

Les organes sont des unités fonctionnelles relativement grandes qui unissent divers tissus en certains complexes physiologiques. Seuls les animaux ont des organes internes ; les plantes n’en ont pas. À leur tour, les organes font partie d’unités plus grandes : les systèmes corporels. Parmi eux figurent les systèmes nerveux, digestif, cardiovasculaire, respiratoire et autres.

En fait, un organisme vivant est un organisme particulier environnement interne existant dans l’environnement extérieur. Il se forme à la suite de l'interaction du génotype (l'ensemble des gènes d'un organisme) avec le phénotype (un complexe signes extérieurs organisme formé au cours de son développement individuel). Ainsi, un organisme est un système stable d'organes et de tissus internes existant dans l'environnement externe. Cependant, puisque théorie générale L'ontogenèse n'a pas encore été créée, de nombreux processus se produisant au cours du développement d'un organisme n'ont pas reçu leur explication complète.

Population- espècesniveau

Le niveau population-espèce est un niveau de vie supra-organisme dont l'unité de base est la population.

Population- un ensemble d'individus d'une espèce, relativement isolés des autres groupes de la même espèce, occupant un certain territoire, se reproduisant sur une longue période et possédant un pool génétique commun.

Contrairement à la population voir est un ensemble d'individus dont la structure et les propriétés physiologiques sont similaires, qui ont une origine commune et qui peuvent librement se croiser et produire une progéniture fertile. Une espèce n’existe qu’à travers des populations, qui sont des systèmes génétiquement ouverts. La biologie des populations est l'étude des populations.

Dans la nature réelle, les individus ne sont pas isolés les uns des autres, mais sont unis en systèmes vivants de rang supérieur. Le premier de ces systèmes est celui de la population.

Le terme «population» a été introduit par l'un des fondateurs de la génétique, V. Johansen, qui appelait ainsi un ensemble d'organismes génétiquement hétérogènes, différent d'un ensemble homogène - une lignée pure. Plus tard, ce terme est devenu plus

L'intégrité des populations, se manifestant par l'émergence de nouvelles propriétés par rapport au niveau de vie ontogène, est assurée par l'interaction des individus au sein des populations et se recrée par l'échange d'informations génétiques dans le processus de reproduction sexuée. Chaque population a des limites quantitatives. D'une part, il s'agit du nombre minimum qui assure l'auto-reproduction de la population, et d'autre part, c'est le maximum d'individus pouvant se nourrir dans la zone (habitat) d'une population donnée. La population dans son ensemble est caractérisée par des paramètres tels que les vagues de vie - fluctuations périodiques du nombre, densité de population, rapport entre les groupes d'âge et les sexes, mortalité, etc.

Les populations sont des systèmes génétiquement ouverts, puisque l'isolement des populations n'est pas absolu et que l'échange d'informations génétiques est périodiquement possible. Ce sont les populations qui agissent comme des unités élémentaires d'évolution ; les modifications de leur patrimoine génétique conduisent à l'émergence de nouvelles espèces.

Le niveau d'organisation de la vie de la population est caractérisé par la mobilité active ou passive de toutes les composantes de la population. Cela implique le mouvement constant d'individus – membres de la population. Il convient de noter qu'aucune population n'est absolument homogène, elle est toujours constituée de groupes intrapopulations. Il ne faut pas oublier non plus qu'il existe des populations de rangs différents : il existe des populations géographiques permanentes, relativement indépendantes, et des populations locales temporaires (saisonnières). Dans le même temps, des effectifs élevés et une stabilité ne sont atteints que dans les populations qui ont une structure hiérarchique et spatiale complexe, c'est-à-dire sont hétérogènes, hétérogènes, ont des chaînes alimentaires complexes et longues. Par conséquent, la perte d'au moins un maillon de cette structure entraîne la destruction de la population ou sa perte de stabilité.

Biocénotiqueniveau

Les populations représentant le premier niveau supra-organisme de la vie, qui sont des unités élémentaires d'évolution capables d'existence et de transformation indépendantes, sont unies dans l'agrégat du niveau supra-organisme suivant - les biocénoses.

Biocénose- l'ensemble de tous les organismes habitant une zone de l'environnement aux conditions de vie homogènes, par exemple une forêt, une prairie, un marécage, etc. En d’autres termes, une biocénose est un ensemble de populations vivant sur un certain territoire.

En règle générale, les biocénoses se composent de plusieurs populations et font partie intégrante de plus système complexe- biogéocénose.

Biogéocénotiqueniveau

Biogéocénose- un système dynamique complexe, qui est un ensemble d'éléments biotiques et abiotiques interconnectés par l'échange de matière, d'énergie et d'informations, au sein duquel peut s'effectuer la circulation des substances dans la nature.

Cela signifie que la biogéocénose est un système stable qui peut exister pendant longtemps. L'équilibre dans un système vivant est dynamique, c'est-à-dire représente un mouvement constant autour d’un certain point de stabilité. Pour le fonctionnement stable d'un système vivant, il est nécessaire d'avoir des connexions de rétroaction entre son contrôle et les sous-systèmes contrôlés. Cette méthode de maintien de l'équilibre dynamique est appelée homéostasie. Une perturbation de l'équilibre dynamique entre divers éléments de la biogéocénose, provoquée par la reproduction massive de certaines espèces et la réduction ou la disparition d'autres, entraînant une modification de la qualité de l'environnement, est appelée catastrophe environnementale.

Le terme « biogéocénose » a été proposé en 1940 par le botaniste russe V.N. Soukatchev, qui utilisa ce terme pour désigner le co-

une collection de homogènes phénomène naturel(atmosphère, roches, ressources en eau, végétation, faune, sol), répartis sur une certaine étendue de la surface terrestre, ayant un certain type d'échange de matière et d'énergie entre eux et les éléments environnants, représentant une unité contradictoire. Représentant l’unité des êtres vivants et non vivants, la biogéocénose est en mouvement et en développement constants, et évolue donc avec le temps.

La biogéocénose est un système d'autorégulation intégral dans lequel on distingue plusieurs types de sous-systèmes :

systèmes primaires - producteurs(production), transformation directe de matières non vivantes (algues, plantes, micro-organismes) ;

consommateurs de premier ordre- le niveau secondaire, où la matière et l'énergie sont obtenues grâce au recours à des producteurs (herbivores) ;

consommateurs de second ordre(prédateurs, etc.) ;

charognards (saprophytes) Et saprophages), se nourrir d'animaux morts;

décomposeurs - Il s'agit d'un groupe de bactéries et de champignons qui décomposent les restes de matière organique.

Grâce à l'activité vitale des saprophytes, saprophages et décomposeurs, ils retournent au sol minéraux, ce qui augmente sa fertilité et apporte de la nutrition aux plantes. Par conséquent, les charognards et les décomposeurs constituent un élément très important des chaînes alimentaires.

Le cycle des substances passe par ces niveaux dans la biogéocénose - la vie participe à l'utilisation, au traitement et à la restauration. diverses structures. Mais le cycle énergétique ne se produit pas : environ 10 % de l'énergie reçue au niveau précédent passe d'un niveau à un autre, supérieur. Le flux inverse ne dépasse pas 0,5%. En d’autres termes, dans la biogéocénose, il existe un flux d’énergie unidirectionnel. Cela en fait un système ouvert, inextricablement lié aux biogéocénoses voisines. Cette connexion se manifeste sous différentes formes : gazeuse, liquide, solide, ainsi que sous forme de migration animale.

L'autorégulation des biogéocénoses est d'autant plus réussie que le nombre de ses éléments constitutifs est diversifié. La stabilité des biogéocénoses dépend de la diversité des composants. La perte d'un ou plusieurs composants peut conduire à un déséquilibre irréversible de la biogéocénose et à sa mort en tant que système intégral. Ainsi, les biogéocénoses tropicales dues à énorme montant les plantes et les animaux qui y sont inclus sont beaucoup plus stables que les biogéocénoses tempérées ou arctiques, plus pauvres en termes de diversité d'espèces. Pour la même raison, le lac, qui est

Il s'agit d'une biogéocénose naturelle avec une variété suffisante d'organismes vivants, bien plus stable qu'un étang créé par l'homme et qui ne peut exister sans des soins constants. Cela est dû au fait que pour leur existence, les organismes hautement organisés ont besoin d'organismes plus simples, avec lesquels ils sont reliés par des chaînes trophiques. Par conséquent, le fondement de toute biogéocénose repose sur les organismes les plus simples et les plus inférieurs, principalement des micro-organismes et des plantes autotrophes. Ils sont directement liés aux composants abiotiques de la biogéocénose - l'atmosphère, l'eau, le sol, l'énergie solaire, qui est utilisée pour créer de la matière organique. Ils constituent également le milieu de vie d’organismes hétérotrophes – animaux, champignons, virus, humains. Ces organismes, à leur tour, participent aux cycles de vie des plantes – pollinisant, distribuant des fruits et des graines. C’est ainsi que se produit la circulation des substances dans la biogéocénose, dans laquelle les plantes jouent un rôle fondamental. Par conséquent, les limites des biogéocénoses coïncident le plus souvent avec les limites des communautés végétales.

Les biogéocénoses sont des éléments structurels du prochain niveau supraorganisme de la vie. Ils constituent la biosphère et déterminent tous les processus qui s'y déroulent.

Biosphèreniveau

Le niveau de la biosphère est le plus haut niveau d'organisation de la vie, couvrant tous les phénomènes de la vie sur notre planète.

Biosphère- c'est la matière vivante de la planète (l'ensemble de tous les organismes vivants de la planète, y compris l'homme) et l'environnement transformé par celle-ci.

Le métabolisme biotique est un facteur qui unit tous les autres niveaux d'organisation de la vie en une seule biosphère.

Au niveau de la biosphère, il y a une circulation de substances et une transformation d'énergie associée à l'activité vitale de tous les organismes vivants vivant sur Terre. Ainsi, la biosphère est une système écologique. L'étude du fonctionnement de ce système, de sa structure et de ses fonctions est la tâche la plus importante de la biologie. L'écologie, la biocénologie et la biogéochimie étudient ces problématiques.

Dans le système de vision scientifique moderne du monde, le concept de biosphère occupe une place clé. Le terme « biosphère » lui-même est apparu en 1875. Il a été introduit par le géologue et paléontologue autrichien E. Suess pour désigner une sphère indépendante de notre planète.

toi en qui la vie existe. Suess a défini la biosphère comme un ensemble d'organismes limités dans l'espace et dans le temps et vivant à la surface de la Terre. Mais il n'attachait pas d'importance à l'habitat de ces organismes.

Cependant, Suess n'était pas un pionnier, puisque le développement de la doctrine de la biosphère a une histoire assez longue. L'un des premiers à se pencher sur la question de l'influence des organismes vivants sur les processus géologiques fut J.B. Lamarck dans son livre « Hydrogéologie » (1802). Lamarck a notamment déclaré que toutes les substances situées à la surface de la Terre et formant sa croûte se sont formées en raison de l'activité d'organismes vivants. Ensuite, il y a eu le grandiose ouvrage en plusieurs volumes « Cosmos » d'A. Humboldt (le premier livre a été publié en 1845), dans lequel de nombreux faits prouvaient l'interaction des organismes vivants avec les coquilles terrestres dans lesquelles ils pénètrent. Par conséquent, Humboldt considérait l'atmosphère, l'hydrosphère et la terre avec les organismes vivants qui y vivent comme une seule coquille de la Terre, un système intégral.

Mais rien n'a encore été dit sur le rôle géologique de la biosphère, sa dépendance aux facteurs planétaires de la Terre, sa structure et ses fonctions. Le développement de la doctrine de la biosphère est inextricablement lié au nom de l'éminent scientifique russe V.I. Vernadski. Son concept s'est développé progressivement, depuis les premiers travaux d'étudiants « Sur la modification des sols des steppes par les rongeurs » jusqu'à « Matière vivante », « Biosphère » et « Essais biogéochimiques ». Les résultats de ses réflexions ont été résumés dans les ouvrages « Structure chimique biosphère de la Terre" et "Pensées philosophiques d'un naturaliste", sur lesquelles il a travaillé dernières décennies propre vie. C'est Vernadsky qui a réussi à prouver le lien entre le monde organique de notre planète, agissant comme un tout indivisible, et les processus géologiques sur Terre ; c'est lui qui a découvert et étudié les fonctions biogéochimiques de la matière vivante.

Le concept clé du concept de Vernadsky était le concept matière vivante, par lequel le scientifique comprenait la totalité de tous les organismes vivants de notre planète, y compris les humains. Dans la composition de la matière vivante, elle comprenait également une partie du milieu extérieur qui l'entourait, nécessaire au maintien du fonctionnement normal des organismes ; sécrétions et parties perdues par les organismes ; les organismes morts, ainsi que les mélanges organiques situés à l'extérieur des organismes. Vernadsky considérait que la différence la plus importante entre la matière vivante et la matière inerte était la dissymétrie moléculaire des êtres vivants, découverte en son temps par Pasteur (chiralité moléculaire selon la terminologie moderne). En utilisant ce concept, Vernadsky a pu prouver que non seulement l'environnement influence les organismes vivants, mais que la vie est également capable de façonner efficacement

leur habitat. En effet, au niveau d'un organisme individuel ou biocénose, l'influence de la vie sur l'environnement est très difficile à retracer. Mais en introduisant un nouveau concept, Vernadsky a atteint un niveau qualitativement nouveau d'analyse de la vie et des êtres vivants : le niveau de la biosphère.

La biosphère, selon Vernadsky, est la matière vivante de la planète (la totalité de tous les organismes vivants de la Terre) et l'habitat transformé par celle-ci (matière inerte, éléments abiotiques), qui comprend l'hydrosphère, la partie basse de l'atmosphère. et la partie supérieure la croûte terrestre. Il n’est donc pas biologique, géologique ou notion géographique, et le concept fondamental de biogéochimie est une nouvelle science créée par Vernadsky pour étudier les processus géochimiques se déroulant dans la biosphère avec la participation d'organismes vivants. Dans la nouvelle science, la biosphère a commencé à être considérée comme l'un des principaux les composants structuraux organisation de notre planète et de la Terre proche Cosmos. C’est le domaine dans lequel les processus bioénergétiques et le métabolisme se produisent en raison des activités de la vie.

Grâce à une nouvelle approche, Vernadsky a exploré la vie en tant que puissante force géologique qui façonne efficacement l’apparence de la Terre. La matière vivante est devenue le lien qui reliait l’histoire des éléments chimiques à l’évolution de la biosphère. L'introduction d'un nouveau concept a également permis de poser et de résoudre la question des mécanismes de l'activité géologique de la matière vivante et des sources d'énergie pour celle-ci.

La matière vivante et la matière inerte interagissent constamment dans la biosphère terrestre - dans un cycle continu d'éléments chimiques et d'énergie. Vernadsky a écrit sur le courant biogénique des atomes, provoqué par la matière vivante et exprimé dans les processus constants de respiration, de nutrition et de reproduction. Par exemple, le cycle de l’azote est associé à la conversion de l’azote moléculaire atmosphérique en nitrates. Les nitrates sont absorbés par les plantes et, en tant que partie de leurs protéines, atteignent les animaux. Après la mort des plantes et des animaux, leurs corps finissent dans le sol, où les bactéries putréfactives décomposent les restes organiques en ammoniac, qui est ensuite oxydé en acide nitrique.

Sur Terre, la biomasse se renouvelle continuellement (sur 7 à 8 ans), tandis que les éléments abiotiques de la biosphère sont impliqués dans le cycle. Par exemple, les eaux de l'océan mondial ont subi au moins 300 fois le cycle biogénique associé à la photosynthèse et l'oxygène libre de l'atmosphère a été renouvelé au moins 1 million de fois.

Vernadsky a également noté que la migration biogénique des éléments chimiques dans la biosphère tend à sa manifestation maximale et que l'évolution des espèces conduit à l'émergence de nouvelles espèces qui augmentent la migration biogénique des atomes.

Vernadsky a également été le premier à remarquer que la matière vivante a tendance à peupler au maximum l'habitat et que la quantité de matière vivante dans la biosphère reste stable tout au long des époques géologiques. Cette valeur n'a pas changé depuis au moins 60 millions d'années. Le nombre d'espèces est également resté inchangé. Si à un endroit sur Terre le nombre d'espèces diminue, alors à un autre endroit il augmente. De nos jours, la disparition d'un grand nombre d'espèces végétales et animales est donc associée à la propagation de l'homme et à ses activités déraisonnables pour transformer la nature. La population terrestre augmente en raison de la mort d'autres espèces.

Grâce à la migration biogénique des atomes, la matière vivante remplit ses fonctions géochimiques. Science moderne les classe en cinq catégories :

fonction de concentration- s'exprime par l'accumulation de certains éléments chimiques tant à l'intérieur qu'à l'extérieur des organismes vivants en raison de leurs activités. Il en résulte l'émergence de réserves minérales (calcaire, pétrole, gaz, charbon, etc.) ;

fonction de transport- est étroitement liée à la fonction de concentration, puisque les organismes vivants transportent les éléments chimiques dont ils ont besoin, qui s'accumulent ensuite dans leurs habitats ;

fonction énergétique - fournit des flux énergétiques qui pénètrent dans la biosphère, ce qui permet de réaliser toutes les fonctions biogéochimiques de la matière vivante. Le rôle le plus important dans ce processus est joué par les plantes photosynthétiques, qui transforment énergie solaire dans l’énergie biogéochimique de la matière vivante dans la biosphère. Cette énergie est dépensée pour toutes les transformations grandioses de l'apparence de notre planète ;

fonction destructrice - associée à la destruction et au traitement des restes organiques, au cours desquels les substances accumulées par les organismes reviennent aux cycles naturels, la circulation des substances se produit dans la nature ;

fonction de formation de l'environnement- se manifeste par la transformation du milieu sous l'influence de la matière vivante. Nous pouvons affirmer avec certitude que toute l’apparence moderne de la Terre – la composition de l’atmosphère, l’hydrosphère, la couche supérieure de la lithosphère, la plupart des minéraux, le climat – sont le résultat de l’action de la Vie. Ainsi, les plantes vertes fournissent de l'oxygène à la Terre et accumulent de l'énergie, les micro-organismes participent à la minéralisation des substances organiques, à la formation d'un certain nombre de roches et à la formation des sols.

Malgré l'énormité des tâches que la matière vivante et la biosphère terrestre résolvent, la biosphère elle-même (comparée aux autres géosphères) est un film très mince. Aujourd'hui, il est généralement admis que la vie microbienne dans l'atmosphère se produit jusqu'à environ 20 à 22 km au-dessus de la surface de la Terre, et la présence de vie dans les bassins océaniques profonds abaisse cette limite à 8 à 11 km sous le niveau de la mer. Approfondir la vie dans la croûte terrestre beaucoup moins, et des micro-organismes ont été découverts lors de forages profonds et dans des eaux de formation ne dépassant pas 2 à 3 km de profondeur. Vernadsky inclus dans la biosphère :

matière vivante;

substance biogène - une substance créée et transformée par des organismes vivants (charbon, pétrole, gaz, etc.) ;

matière inerte formée au cours de processus sans la participation de matière vivante ;

les substances créées par des organismes vivants et des processus inertes, et leur équilibre dynamique ;

substances subissant une désintégration radioactive ;

atomes dispersés libérés de la matière terrestre sous l'influence du rayonnement cosmique ;

une substance d'origine cosmique, comprenant des atomes et des molécules individuels pénétrant sur Terre depuis l'espace.

Bien entendu, la vie dans la biosphère est inégalement répartie ; il existe ce qu'on appelle des concentrations et des raréfactions de la vie. Les zones les plus densément peuplées sont les couches inférieures de l'atmosphère (à 50 m de la surface terrestre), les couches éclairées de l'hydrosphère et les couches supérieures de la lithosphère (sol). Il convient également de noter que les zones tropicales sont beaucoup plus densément peuplées que les déserts ou les champs de glace de l'Arctique et de l'Antarctique. Plus profondément dans la croûte terrestre, dans l'océan et plus haut dans l'atmosphère, la quantité de matière vivante diminue. Ainsi, cette pellicule de vie la plus fine couvre absolument la totalité de la Terre, ne laissant aucun endroit sur notre planète où il n’y ait pas de vie. Dans le même temps, il n'y a pas de frontière nette entre la biosphère et les coquilles terrestres environnantes.

Pendant longtemps, les idées de Vernadsky ont été étouffées et n’ont été reprises qu’au milieu des années 1970. Cela s'est produit en grande partie grâce aux travaux du biologiste russe G.A. Zavarzin, qui a prouvé que le principal facteur dans la formation et le fonctionnement de la biosphère était et reste les connexions trophiques multilatérales. Ils ont été établis il y a pas moins de 3,4 à 3,5 milliards d’années et ont depuis déterminé la nature et l’ampleur du cycle des éléments dans les coquilles terrestres.

Au début des années 1980. Le chimiste anglais J. Lovelock et le microbiologiste américain L. Margulis ont proposé un concept très intéressant de Gaia-Terre. Selon lui, la biosphère est représentée

représente un superorganisme unique avec une homéostasie développée, ce qui le rend relativement indépendant des fluctuations des facteurs externes. Mais si le système d'autorégulation de Gaïa-Terre tombe dans un état de stress proche des limites de l'autorégulation, même un petit choc peut le pousser à une transition vers un nouvel état ou même à la destruction complète du système. De telles choses se sont produites plus d’une fois dans l’histoire de notre planète. catastrophes mondiales. La plus célèbre d’entre elles est la disparition des dinosaures il y a environ 60 millions d’années. Aujourd’hui, la Terre traverse à nouveau une crise profonde, c’est pourquoi il est si important de réfléchir à une stratégie. la poursuite du développement civilisation humaine.

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