Различия клеток живых организмов

В чем заключаются принципиальные различия клеток живых организмов, относящихся к различным царствам природы?

Клетка представляет собой структурную единицу всех живых организмов вне зависимости от уровня их организации. Это элементарная единица живой системы. В природе нет более мелких систем, которым были бы присущи все свойства живого. По особенностям клеточной организации живые организмы делятся на прокариот — безъядерных и эукариот — ядерных. К прокариотам относят царство Дробянки, а к эукариотам — царства Животные, Растения и Грибы.

Основные отличия эукариотических и прокариотических клеток представлены в таблице.

Эукариотические клетки представителей различных царств живой природы имеют определенные отличия друг от друга.
1. У клеток представителей царства животных клеточной стенки нет, растительные клетки имеют клеточную стенку из целлюлозы, клеточная стенка клеток грибов состоит из хитина.
2. Клетки растений содержат пластиды, в клетках грибов и животных их нет. Пластиды — двумембранные органеллы, присущие только растительным клеткам. В них происходят процессы фотосинтеза и депонируются питательные вещества.
3. Для растительных клеток характерно наличие крупных вакуолей, тогда как в клетках животных они встречаются редко.
4. В клеточных стенках растений и грибов имеются плазмодесмы — поры, выстланные плазматической мембраной и содержащие цитоплазму. Посредством плазмодесм клетки сообщаются между собой.

Методы исследования живой материи

В чем сущность цитологических, гистологических и анатомических методов исследования живой материи?

Цитологический, гистологический и анатомический методы изучают живую материю на различных уровнях организации.

Цитологический метод применяется для изучения клетки. При этом используются световая и электронная микроскопия, биохимические методы.

Гистологический метод применяется при изучении тканей. Ткань — это совокупность клеток различных клеточных типов и межклеточного вещества, специализированная для выполнения определенных функций. Применяются методы световой и электронной микроскопии, гистохимии, техники изготовления гистологических препаратов, биохимические методы.

Используя анатомический метод, изучают органный уровень организации. Орган — это совокупность тканей, объединенная для выполнения определенных функций и занимающая конкретное место в организме. При этом исследуется строение и взаиморасположение органов макроорганизма макроскопическими методами, используются также и данные цитологических и гистологических исследований.

Биогеоценоз

Что называют биогеоценозом?

Биогеоценоз — совокупность живых организмов разного уровня организации, проживающих на одной территории, и факторов окружающей среды, влияющих на них. В биогеоценозе выделяют два компонента: биоценоз и экотоп. Под биоценозом понимают совокупность живых организмов различных систематических групп, обитающих на одной территории. Экотоп представляет собой совокупность факторов среды, воздействующих на биоценоз.

Биосфера

Как можно охарактеризовать биосферу Земли?

Биосфера — оболочка Земли, заселенная и преобразуемая живыми организмами. Это совокупность всех живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Границы биосферы простираются в атмосфере до озонового экрана (около 20 км), в литосфере Земли — до 5–7 км в глубину и в толщу всей гидросферы, т. е. во все области, где есть живые организмы. В биосфере выделяют живое вещество — биомассу; неживое (инертное) — косное вещество — компоненты атмосферы, гидросферы и литосферы; биокосное вещество — продукт взаимодействия живых организмов с косным веществом, например почвы, и биогенное вещество — все, что произведено живыми организмами — каменный уголь, нефть, газ, руды, мел, мрамор, известняк.

Процессы биосферы

Какие метаболические процессы протекают на уровне биосферы? В чем их принципиальное значение для живых организмов, обитающих на нашей планете?

Основными метаболическими процессами на уровне биосферы являются биогеохимические циклы основных биогенных веществ — углерода (С), кислорода (O₂), воды (H₂O), серы (S), азота (N₂), других элементов и веществ.

Круговорот воды. Вода — основа жизни на Земле, универсальный растворитель, среда, в которой протекают биохимические реакции. Вода испаряется с поверхности Мирового океана и органов растений и образует облака. В атмосфере вода конденсируется под действием более низких температур и выпадает на Землю в виде осадков — дождя, росы, снега. С током рек и ручьев выпавшие осадки возвращаются в Мировой океан, часть их поглощается растениями и животными. Этот цикл повторяется в природе вновь и вновь.

Круговорот углерода и кислорода. Все организмы по принципу их питания можно разделить на автотрофные (в частности, фотосинтетики), синтезирующие органические вещества из углекислого газа и воды за счет энергии солнечного света, и гетеротрофные, использующие для питания готовые органические вещества. В результате процессов жизнедеятельности, смерти и разложения живых организмов на Земле совершается биогеохимический цикл углерода и кислорода — их круговорот. Так, под действием солнечной энергии фотосинтезирующие организмы преобразуют углекислый газ и воду в органическое вещество — глюкозу — и выделяют в качестве побочного продукта реакций фотосинтеза кислород. В процессе дыхания живые организмы поглощают кислород и выделяют углекислый газ. При гибели и разложении в присутствии кислорода органические составляющие организмов окисляются до углекислого газа и воды. Таким образом, при дыхании и расщеплении органических молекул в процессе метаболизма живые организмы выделяют углекислый газ и воду, которые впоследствии, в результате фотосинтеза, вновь преобразуются в органическое вещество и кислород.

Круговорот азота. В природе азот в основном существует в свободной молекулярной форме в виде химически малоактивного газа азота N₂. Живые организмы способны усваивать только связанный азот в форме нитрат-иона NO3^– или иона аммония NH4⁺. Поэтому азот является основным лимитирующим фактором среди элементов, необходимых для живых систем. Способностью связывать свободный азот обладают некоторые виды бактерий. Этот процесс называется азотфиксацией. Азотфиксирующие бактерии обитают в клубеньках бобовых растений (горох, фасоль и др.) и преобразуют свободный азот N₂ В ион аммония NH₄⁺, который используется для построения молекул аминокислот, белков и нуклеотидов. Большинство же растений, не способных к фиксации азота, получают его из почвы в виде нитрат-иона NO₃^–, и ассимилируют его, превращая в ион аммония.

Гетеротрофные организмы поглощают азот в виде иона аммония NH₄⁺ при поедании биомассы других организмов. После смерти тела живых организмов разлагаются бактериями и грибами в присутствии кислорода, а соединения азота окисляются по схеме: NH₄⁺ + O₂ → NO₃^– + Н₂O. Таким же образом может происходить окисление аммиака нитрифицирующими бактериями (нитрификация), получающими энергию за счет окисления неорганических веществ, т. е. использующими хемотрофный путь питания.

Обратный процесс — превращение связанного азота в инертный — называется денитрификацией. Он происходит в бескислородных условиях под действием денитрифицирующих бактерий, вместо кислорода в качестве окислителя использующих нитрат ион (NO₃^–): C_орг + NO₃^– → СO₂ + N₂. Таким образом, замыкается круговорот азота. В результате запасы этого важнейшего биогенного элемента в живых системах не истощаются.

Круговорот серы. Необходимым компонентом большинства белков является сера. В природе сера чаще всего встречается в виде соединений сульфат-иона (SO₄^2–) — больше всего в виде гипса (CaSO₄), пирита (FeS₂) и самородной серы. Растения способны усваивать серу в виде сульфатов, животные могут удовлетворить свои потребности в сере только за счет других организмов. В целом цикл серы можно представить следующим образом. Растения поглощают из почвы сульфат-ион SO₄^2–, используют его в построении собственных аминокислот и белков. Животные, поедая растения и других животных, также получают серу и используют ее в процессах пластического обмена. Умирая, животные и растения разлагаются в присутствии кислорода, и вновь образуется сульфат-ион (SO₄^2–).

Таким образом, все глобальные метаболические процессы в биосфере связаны со сложными пищевыми взаимоотношениями между организмами. Основным биологическим смыслом круговорота веществ в природе является поддержание их необходимого количества в живых системах.

Критерии живых систем

Перечислите и охарактеризуйте общие свойства живых систем. Как проявляются различные свойства живого на различных уровнях организации?

1. Единство химического состава. Все живые организмы преимущественно состоят из органических молекул: нуклеиновых кислот, белков, жиров и углеводов.

2. Клеточный принцип организации. Клетка — это элементарная структурно-функциональная единица, а также единица развития любого живого организма. В природе нет более мелких систем, которым были бы присущи все без исключения свойства живого. Неклеточных форм жизни, за исключением вирусов и бактериофагов, не существует.

3. Метаболизм — обмен веществ с окружающей средой и преобразование молекул, обеспечивающие постоянство химического состава организма и строения всех его частей, т. е. поддержание гомеостаза, а следовательно, непрерывность его функционирования в постоянно меняющихся условиях внешней среды.

4. Репродукция (размножение) — способность живых систем воспроизводить себе подобных. Осуществляется репродукция на всех уровнях организации живого:
— молекулярном (редупликация ДНК);
— субклеточном (удвоение пластид, центриолей, митохондрий в клетке);
— клеточном (деление клетки путем митоза);
— тканевом (поддержание постоянства клеточного состава за счет размножения отдельных <клеток);
— организменном:
а) бесполое размножение — увеличение численности и преемственность поколений осуществляются за счет митотического деления соматических клеток;
б) половое размножение — увеличение численности и преемственность поколений обеспечиваются половыми клетками — гаметами.

5. Наследственность — способность живых организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение.

6. Изменчивость — способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства.

7. Развитие и рост. Развитие живой природы — эволюция — необратимое, направленное, закономерное изменение объектов живой природы, сопровождающееся приобретением адаптаций (приспособлений), возникновением новых видов и вымиранием прежде существовавших форм. Онтогенез — индивидуальное развитие организма с момента оплодотворения и образования зиготы до смерти; заключается в последовательной смене комплексов признаков и свойств (фенотипов), в основе которой лежит изменение активности генетических программ. У конкретных живых организмов развитие обычно сопровождается ростом — увеличением массы организма за счет репродукции структур на всех уровнях организации организма.

8. Раздражимость — это способность организма избирательно реагировать на внешнее воздействие. У многоклеточных животных реакция на внешнее раздражение реализуется посредством нервной системы и называется рефлексом. Организмы, не имеющие нервной системы, лишены и рефлексов. У них реакция на раздражение осуществляется в форме таксисов, тропизмов или настий. Таксисы — направленные движения организма в сторону раздражителя или от него (положительный и отрицательный таксис). Различают хемотаксис, фототаксис, термотаксис и др. Тропизмы — направленный рост частей растительного организма по отношению к раздражителю. Геотропизм — рост корневой системы растения по направлению к центру планеты; гелиотропизм — рост побеговой системы по направлению к солнцу, т. е. против силы тяжести. Настии — движения частей растения по отношению к раздражителю (движение листьев в течение светового дня в зависимости от положения солнца на небосводе; раскрытие и закрытие венчика цветка).

9. Дискретность (деление на части) — всеобщее свойство материи, характерное и для живых систем. Клетки состоят из отдельных органоидов, ткани — из клеток, органы — из тканей и т. д. Это свойство позволяет осуществить замену части без остановки функционирования системы в целом и возможность специализации различных частей на неодинаковых функциях.

10. Авторегуляция (саморегуляция) — способность живых организмов в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды поддерживать постоянство своего химического состава, структуры и интенсивность физиологических процессов — гомеостаз. Саморегуляция обеспечивается деятельностью регуляторных систем: нервной, эндокринной, иммунной и др. В биологических системах надорганизменного уровня саморегуляция осуществляется на основе межорганизменных и межпопуляционных отношений.

Жизнь по мнению древнегреческих философов

Каковы основы и сущность жизни по мнению древнегреческих философов?

В Древней Греции в V–IV вв. до н. э. в недрах целостной философии природы возникли первые зачатки античной науки. Основоположники греческой философии Фалес, Анаксимандр, Анаксимен и Гераклит искали материальное первоначало, из которого в силу естественного саморазвития возник мир. Для Фалеса этим первоначалом была вода. Анаксимандр полагал, что живые существа образуются из неопределенной материи — «апейрона» по тем же законам, что и объекты неживой природы. Анаксимен считал материальным первоначалом мира воздух, из которого все возникает и в который все возвращается обратно. Великий древнегреческий философ Гераклит впервые ввел в философию и науку о природе понятие о постоянном изменении объектов живой и неживой природы. Первоначалом мира он считал огонь и учил, что каждое изменение есть результат борьбы: «Все возникает через борьбу и по необходимости».

Систематическим изучением животных занимался Аристотель. Во всех телах природы он различал две стороны: материю, обладающую различными возможностями, и душу, под влиянием которой реализуется данная возможность материи. Он различал три вида души: растительную, или питающую, присущую всем растениям и животным; чувствующую, свойственную животным; и разумную, которой наделен человек.

Опыты Реди

В чем заключается смысл опытов Ф. Реди?

В середине XVII в. Ф. Реди опроверг возможность зарождения «живого из неживого», доказав причинно-следственную связь между взрослыми формами насекомых (мух) и их личинками, развивающимися в мясе.

Опыты Пастера

Опишите опыты Л. Пастера, доказывающие невозможность самозарождения жизни в современных условиях.

Пастер заполнял колбу питательной средой, шейке колбы придавал изогнутую S-об- разную форму. При кипячении содержимого колбы воздух вместе с паром выходил наружу, а при остывании раствора возвращался в колбу, однако содержащиеся в воздухе микроорганизмы не попадали в питательную среду, так как оседали на изогнутой шейке колбы, и поэтому жидкость в пробирке оставалась стерильной. Если отрезать изогнутый участок шейки колбы или смыть с него микроорганизмы в питательный раствор, то через некоторое время в растворе обнаруживается рост микроорганизмов.