Биология Сущность жизни и свойства живого
Биология — наука о жизни. А что же такое жизнь? Многие учёные пытались объяснить значение этого понятия.
Немецкий философ Фридрих Энгельс дал классическое определение жизни:
«Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел».
Русский ученый Михаил ВолькенштЕйн дал такое определение понятию жизнь:
«Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот».
С точки зрения второго начала термодинамики, жизнь — это процесс, или система, вектор развития которой противоположен по направлению остальным, «неживым» объектам вселенной, и направлен на уменьшение собственной энтропии.
В биологическом смысле жизнь определяется как активная форма существования материи, совокупность физических и химических процессов, протекающих в клетке, позволяющих осуществлять обмен веществ и её деление.
На сегодняшний день нет единого мнения относительно определения жизни.
Более точно определить понятие живой материи можно только перечислением качеств, отличающих её от неживой.
Выделяют следующие свойства живого:
1. Единство химического состава
2. Единство структурной организации
3. Открытость
4. Обмен веществ и энергии
5. Самовоспроизведение
6. Саморегуляция
7. Рост и развитие
8. Раздражимость
9. Наследственность и изменчивость
Рассмотрим сущность этих свойств.
Единство химического состава живых организмов
В состав живых организмов входит около 70 химических элементов.
Эти же элементы входят и в состав тел неживой природы. Однако соотношение различных химических элементов в живой и неживой природе различно. В живых организмах 90% их химического состава приходится на четыре элемента — углерод, кислород, азот, водород. Эти элементы участвуют в образовании сложных органических молекул, таких как белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты. Они могут выступать в качестве органических соединений.
Единство структурной организации
Все живые организмы, за исключением вирусов, состоят из клеток. Клетка является структурно-функциональной единицей всего живого. Несмотря на различия в строении и функциях клеток живых организмов, все они имеют общую структуру и сходный химический состав. Размножение и развитие организмов так же осуществляется при помощи клеток.
Открытость
Любой организм является открытой системой. Компоненты, составляющие живую систему – органеллы одноклеточных организмов или системы органов многоклеточных живых существ, выполняя специфические функции, слаженно взаимодействуют между собой.
Для сохранения устойчивости такая система должна постоянно обмениваться веществами, энергией и информацией с окружающей средой.
Обмен веществ и энергии
Обмен веществ, или метаболизм — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни.
Все органы и ткани организмов находятся в состоянии непрерывного химического взаимодействия с другими органами и тканями, а также с окружающей организм внешней средой. С пищей в организм поступают из внешней среды разнообразные вещества. В организме эти вещества подвергаются изменениям, в результате чего они частично превращаются в вещества самого организма. В этом состоит процесс ассимиляции.
В тесном взаимодействии с ассимиляцией протекает обратный процесс — 
Возникшие при разложении продукты распада выводятся из организма.
Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава клетки.
Самовоспроизведение
Уникальной особенностью организмов как открытых систем является их способность к самовоспроизведению, или репродукция.
Самовоспроизведение у живых организмов происходит за счет размножения.
Генетическая информация о самовоспроизведении закодирована в молекулах ДНК. На молекулярном уровне самовоспроизведение происходит на основе матричного синтеза ДНК, которая программирует синтез белков, определяющих специфику организмов.
На других уровнях самопроизведение характеризуется чрезвычайным разнообразием форм и механизмов, вплоть до образования специализированных половых клеток (мужских и женских). Важнейшее значение самовоспроизведения заключается в том, что оно поддерживает существование видов, определяет специфику биологической формы движения материи.
Саморегуляция – это способность
Рост и развитие
Рост организмов происходит путем прироста массы организма за счет увеличения числа клеток. Он сопровождается развитием, проявляющимся в дифференцировке клеток, усложнении структуры и функций.
В процессе индивидуального развития, или онтогенеза, под действием генотипа и факторов среды обитания формируются признаки организма. Для всех живых систем характерны так же эволюционные изменения в ходе исторического развития, или филогенеза.
Раздражимость – это реакция живого на внешние раздражения.
Факторы, вызывающие реакцию организма или его органа, называют раздражителями. Ими являются свет, температура среды, звук, электрический ток, механические воздействия, пищевые вещества, газы, яды и другое.
Благодаря раздражимости организмы приспосабливаются к среде обитания. Избирательно реагируя на факторы среды, организмы «уточняют» свои отношения со средой, в результате чего возникает единство среды и организма.
Наследственность обеспечивает материальную преемственность между родителями и потомством, между поколениями организмов, что в свою очередь обеспечивает непрерывность и устойчивость жизни. Основу материальной преемственности в поколениях и непрерывности жизни составляет передача от родителей к потомству генов, в ДНК которых зашифрована генетическая информация о структуре и свойствах белков.
Характерной особенностью генетической информации является ее чрезвычайная стабильность.
Изменчивость связана с появлением у организмов признаков, отличных от исходных, и определяется изменениями в генетических структурах. Наследственность и изменчивость создают материал для эволюции организмов.
Многими из перечисленных свойств могут обладать и тела неживой природы. Так, кристаллы растут, солнечная система непрерывно развивается, при горении свечи происходит превращение химических веществ с выделением энергии.
Следовательно, судить о наличии жизни можно лишь по совокупности свойств, характерных для живых организмов.
1. Возникает под влиянием сильных воздействий
2. оказывает положительное действие
3. передается по наследству
4. Оказывает отрицательное действие
5. Иногда запускает биологическую программу – агрессивность
Верные ответы: 1; 5; 4
ВОПРОС N 136. Основное значение самовоспроизведения заключается в том, что оно:
1.
направляет эволюционный процесс
2. сохраняет неизменность органической природы
3. определяет специфику биологической формы материи
4. Поддерживает существование видов
5. обеспечивает круговорот веществ в природе
Верный ответ: 4
ВОПРОС N 137. Наименьшей единицей организации (структуры и функции) живых организмов является — …
1. клетка
2. Клетка
Все ответы верные
ВОПРОС N 138. Известные концепции по отношению к первичности образования белков или
нуклеиновых кислот:
1. биогеоциноза
2. ароморфоза
3. ценобиоза
4. голобиоза
5. Генобиоза
Верный ответ: 5
ВОПРОС N 139. Основные положения синтеической теории эволюции:
1.
наименьшая эволюционная единица
— вид
2. эволюция в основном носит конвергенный характер
3. материалом для эволюции служат мутации
4. ведущим движущим фактором эволюции является естественный отбор
5. микроэволюция идет лишь путем макроэволюции
Верные ответы: 4; 3
ВОПРОС N 140. Скорость протекания химической реакции определяется:
1. катализаторами
2. только химическими свойствами реактивов
3. температурой
4. концентрацией реактивов
5. давлением
Верные ответы: 1; 3
ВОПРОС N 141. Катализатор ускоряет химическую реакцию за счет …
1. увеличения температуры в реакторе
2. возбуждения исходных молекул при столкновении с молекулами катализатора
3.
создания промежуточных соединений
с участием катализатора
4. ослабления химической связи в исходных молекулах
Верные ответы: 2; 4
ВОПРОС N 142. Взаимодействие галактик обеспечивается … взаимодействием
1. гравитационным
2. Гравитационным
Все ответы верные
ВОПРОС N 143. Следующие характерные свойства живых организмов определяют возможность
выделения различных уровней организации живого:
1. самовоспроизведение
2. саморегуляция
3. самосохранение
4. раздражимость
5. дискретность
6. целостность
Верные ответы: 5; 4; 1; 2
ВОПРОС N 144. Нормальный цыпленок и лишенный оперения, результат:
1.
наследственной изменчивости
2. изменений в генотипе
3. неполного доминирования
4. мутации
Верные ответы: 2; 4
ВОПРОС N 145. Для объяснения результата упругого столкновения 2-х шаров необходимо
использовать …
1. только закон сохранения импульса
2. закон сохранения энергии и закон сохранения импульса
3. закон сохранения электрического заряда
4. закон сохранения момента количества движения
5. только закон сохранения энергии
Верный ответ: 1
ВОПРОС N 146. волновая функция – пси-функция описывает состояние системы в … механике
1. квантовой
2. Квантовой
Все ответы верные
ВОПРОС N 147.
Законы, описывающие
поведение как корпускулярной, так и
волновой материи:
1. второй закон Ньютона
2. закон сохранения энергии
3. закон сохранения импульса
4. закон сохранения массы
Самовоспроизведение и самовоспроизведение | Meer
Начиная с отказа от ответственности
Когда речь идет о самовоспроизведении, в общем контексте жизни и природы, мы сразу думаем о ДНК. По сути, это движущая сила вечного перетекания от одного поколения к другому — будь то розы, или слоны, или микробы, — а также, за счет возмущений и ошибок в самом механизме репликации, к образованию новых форм жизни и новых виды – до дерева жизни, которое мы знаем сегодня.
Заявление об отказе от ответственности, как мы упоминали в начальном заголовке этого первого раздела, важно, и связано с тем, что большинство обычных читателей, а также простодушные ученые считают, что ДНК действительно способна к самовоспроизведению в одиночку. Сама по себе ДНК ничего не делает.
Если у вас есть ДНК в растворе и вы даете все возможные низкомолекулярные питательные вещества, соли, мононуклеотиды (мономеры нуклеиновых кислот) — ничего не происходит, нет размножения, нет химии вообще. ДНК может вызвать самовоспроизведение только с помощью семейства ферментов, представляющих собой специфические белки, катализирующие все различные и несколько стадий механизма самовоспроизведения. Вся самореплицирующаяся ДНК этого мира [1] производится живыми клетками или даже может быть сделана in vitro, но всегда и только с помощью этого конкретного семейства белков – и, конечно, при наличии избытка нуклеотидов. и энергетические молекулы, такие как АТФ (аденозинтрифосфат). Суть в том, что саморепликация ДНК представляет собой сложный механизм.
Все это очевидно любому, кто прошел базовый курс биохимии, даже на уровне бакалавриата. Но у большинства людей в коллективном мышлении доминирует представление о том, что ДНК — единственный герой всего воспроизводства. Это связано с общим невежеством в науке, но это также интересное социальное явление.
Как подчеркивает Эвелин Фокс-Келлер в своей известной книге «. Век гена », а также некоторые другие открытые ученые последнего периода, мы живем в мире, в котором доминируют понятия гена, генома, генетики. инженерия, мир, в котором ДНК действительно стала главным героем. Вплоть до того, что во многих лагерях исследовательской биологии — прежде всего в области происхождения жизни — существует неудачное уравнение ДНК = жизнь. Как если бы жизнь была обязана или вызвана только ДНК или главным образом ДНК.
Лично я считаю, что это уравнение нуждается в еще одном сильном оговорке, и что на самом деле это уравнение очень вредно для исследования вопроса «что такое жизнь?» и/или дополнительный вопрос «каково происхождение жизни?»
Мы имеем дело с редукционистским, очень ограниченным взглядом, и у меня была возможность подробно обсудить это в моей недавней книге Возникновение жизни . И очень подробно подчеркивалось, что жизнь и/или ее происхождение не могут быть приписаны одной молекуле — на самом деле это системный взгляд, где многие независимые компоненты должны взаимодействовать друг с другом, чтобы создать сеть, целостность, с возникающее свойство, которое мы называем жизнью (см.
, например, Capra and Luisi, 2014 или Noble, 2006).
Самовоспроизведение и самовоспроизведение
Не то, чтобы вышеописанные отказы от ответственности что-либо лишали необычайной красоты и молекулярной силы ДНК или РНК. ДНК не может воспроизводиться сама по себе, но является единственной молекулярной структурой, имеющей закодированную в своей линейной форме информацию для самовоспроизведения; не только потому, что в своей линейной структуре он также содержит информацию о том, как конструировать белки — две взаимодополняющие функции, которые, конечно, имеют огромное значение для всех живых организмов.
Давайте продолжим по порядку, начав с семантической заметки о двух терминах, самовоспроизведение и самовоспроизведение . Хотя часто трактуются как синонимы, на самом деле разница есть. Самовоспроизведение (слово происходит от латинского термина , реплика ) означает точную молекулярную копию, в то время как самовоспроизведение относится скорее к статистическому процессу создания очень похожих вещей.
Таким образом, клетки самовоспроизводятся, а молекулы самовоспроизводятся. Это не просто семантический вопрос, как, по мнению Дайсона (1985), процессы самовоспроизведения, будучи менее точными, могли начаться первыми на ранней стадии эволюции и предшествовать процессам самовоспроизведения, которые требуют более сложного контроля и редактирования.
Саморепликация и нелинейность
Двухцепочечная природа ДНК (см. рис. 1) была открыта Уотсоном и Криком в 1953 году, действительно памятном для биологии. ДНК образуют четыре разных нуклеотида, известные основания аденин (А), гуанин (G), тимин (Т) и цитозин (С), благодаря чему две правые нити ДНК удерживаются вместе за счет так называемой комплементарности. две пары оснований, А с Т, С с G, как это более четко видно на рис. дополнительный. Предположим, что вы «потеряли» одну из двух прядей — у вас осталась только одна! Но вы можете тут же восстановить отсутствующую, поставив букву Т напротив буквы А вашей нити, затем букву С напротив буквы G и так далее — это ясно показано на рисунке 2.
И это происходит, когда ДНК самореплицируется.
На рисунках 3 и 4 показан известный полуконсервативный механизм репликации ДНК, лежащий в основе процессов мейоза и митоза при размножении клеток. Этот процесс, как упоминается в тексте, происходит с помощью нескольких специализированных ферментных белков. Здесь полуконсервативный означает, что исходная двухцепочечная молекула делится надвое, и каждая старая цепь образует новую двойную цепь со свежим материалом. Таким образом, если бы родительская нить была каким-то образом помечена, то эта метка разбавлялась бы наполовину на каждом шаге удвоения.
А теперь обратите внимание на самую важную особенность этого процесса: нелинейность. Что это значит?
Процесс линейного роста имеет тип: 1, 2, 3, 4, 5… но ДНК растет 1, 2, 4, 8, 16, 32… Чтобы понять драматическое значение этого различия, рассмотрим химический процесс, который делает A →B за одну секунду – тогда, чтобы сделать миллион B, вам понадобится один миллион секунд. Но если у вас есть B→2B→4B→8B→16B…, чтобы сделать миллион B, вам понадобится всего 20 секунд.
Это невероятно, не так ли?
Дело о самовоспроизведении
До сих пор мы говорили о саморепликации ДНК, которая представляет собой линейный полимер. Есть ли примеры и в случае с моделями сотовых структур? Ответ — да, с мицеллами и везикулами. Напомним подробнее случай мицеллярных водных систем. Химия основана на жирных кислотах, см. рис. 5, с дополнительным наблюдением, что жирные кислоты считаются возможными кандидатами на роль первых пребиотических мембран.
Экспериментальная установка особенно проста (см. рис. 6), что также напоминает о возможной пребиотической ситуации: нерастворимый в воде этилкаприлат (нерастворимый в воде простой эфир) накладывается на водный раствор щелочи, так что на макроскопической границе раздела фаз возникает представляет собой реакцию гидролиза, в результате которой образуются ионы каприлата. Реакция сначала идет очень медленно, как показано на рисунке 6, но в конце концов достигается критическая концентрация мицелл (а именно концентрация, при которой мицеллы начинают образовываться в растворе), и затем быстро образуются мицеллы каприлата.
Водные мицеллы на самом деле можно рассматривать как липофильные сферические поверхности, и основная причина, по которой мыло удаляет жир с наших рук, заключается в том факте, что жир эффективно поглощается липофильным ядром мицелл водного мыла. По тому же механизму липофильный этилкаприлат (ЭК) активно поглощается мицеллами каприлата. Эффективное молекулярное диспергирование ЭК на мицеллярной поверхности ускоряет его гидролиз (разновидность физического мицеллярного катализа), быстро образуются каприлат-ионы. В результате образуется больше мицелл, как показано на рисунке 6. Однако большее количество мицелл определяет большее поглощение водонерастворимого ЭЦ с образованием все большего количества мицелл: типичное автокаталитическое поведение (Bachmann et al., 19).92).
В последующие годы этот тип эксперимента по самовоспроизведению был распространен на везикулы. Подчеркнем еще раз, что механизм самовоспроизведения мицелл и везикул можно считать аутопоэтическим (см. Luisi, 2016), поскольку рост и, в конечном счете, деление происходит изнутри самой структуры (в везикулах начальная реакция происходит на бислое, но бислой является частью структуры).
Важно отметить основной посыл этих экспериментов, заключающийся в возможности спонтанного самовоспроизведения сферических отсеков. Поскольку их можно рассматривать как модели и/или предшественники биологических клеток, была выдвинута гипотеза (Bachmann et al., 19).92), что этот автокаталитический процесс самовоспроизведения мог иметь отношение к происхождению жизни.
Заключение
Как мы уже подчеркивали, ДНК не воспроизводится сама по себе, и химики, особенно те, кто изучает происхождение жизни, в течение нескольких десятилетий пытались имитировать процессы самовоспроизведения в лаборатории без использования ферментов. По этому поводу в целом следует сказать две вещи: да, химикам удалось произвести в лаборатории процессы самовоспроизведения и самовоспроизведения без использования ферментов; однако это не процессы, которые происходят спонтанно в пребиотических условиях, они были запущены благодаря использованию подходящих реакционноспособных групп (нуклеофилов, уходящих групп и т.
п.… мы не можем вдаваться здесь в подробности).
Таким образом, с одной стороны, понятие самовоспроизведения, которое считалось монополией природы, теперь находится в узком пространстве химической лаборатории, и это, безусловно, следует рассматривать как значительный прогресс. Однако в целом происхождение жизни остается для науки все еще нерешенным вопросом, и пребиотическое самовоспроизведение является одной из граней этой более крупной проблемы.
Ссылки
Бахманн П.А., Луизи П.Л. и Ланг Дж. (1992). Автокаталитическое самовоспроизведение мицелл как модели пребиотических структур. Природа , 357, 57-9.
Капра, Ф., и Луизи, П.Л. (2014). Системный взгляд на жизнь: объединяющее видение . Издательство Кембриджского университета.
Дайсон, Ф.Дж. (1985). Происхождение жизни . Издательство Кембриджского университета.
Фокс-Келлер, Э. (2002). Век гена , издательство Гарвардского университета.
Ланденмарк, Х.
К.Э., Форган, Д.Х., и Кокелл, К.С. (2015). Оценка общей ДНК в биосфере. PLoS Biol , 13(6): e1002168. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1002168.
Луизи, П.Л. (2016). Возникновение жизни: от химических истоков к синтетической биологии . 2-е изд., Издательство Кембриджского университета.
Ноубл, Д. (2006). Музыка жизни . Издательство Оксфордского университета.
Фон Нейман, Дж., Отредактированный и дополненный Берксом, А.В. (1966). Теория самовоспроизводящихся автоматов , University of Illinois Press.
[1] Кстати, вы не пробовали подсчитать, сколько ДНК в нашем мире? Что вы думаете? Несколько граммов… или, может быть, миллиарды тонн?
Произведем расчет, учитывая, что каждый человеческий организм состоит из 15-30 триллионов клеток и что каждая клетка (кроме зрелых эритроцитов) содержит ок. 6 пг (означает пикограмм) ДНК. Теперь рассмотрим всех людей, живущих на Земле, а также всех других видов, включая растения, бактерии и ДНК-вирусы, — биомассу, которая составляет примерно 2 × 1012 тонн.
Тогда сколько ДНК?
Исследовательская группа под руководством Чарльза Кокелла подсчитала, что общая ДНК, существующая в биосфере, составляет ок. 50 миллиардов тонн. Учтите, что более 98 % этого веса приходится на растения (68 %) и бактерии (30,2 %), и лишь в незначительной степени на животных (0,8 %) и других живых организмов (Landenmark et al., 2015).
Самовоспроизводящаяся Определение и значение — Merriam-Webster
самореализация ˌself-re-plə-ˌkā-tiŋ
: воспроизводит себя автономно
ДНК является самореплицирующейся молекулой
самовоспроизведение
ˌself-ˌre-plə-ˈkā-shən
существительное
Примеры предложений
Недавние примеры в Интернете
В 2017 году Sandworm выпустила NotPetya, фрагмент самовоспроизводящегося кода , который распространился по сетям по всему миру и нанес рекордный ущерб в размере 10 миллиардов долларов.
— Энди Гринберг, WIRED , 15 марта 2023 г.
Орды самовоспроизводящиеся роботы появляются повсюду?
— Эрико Гиццо, IEEE Spectrum , 29 декабря 2016 г.
Эти примеры программно скомпилированы из различных онлайн-источников, чтобы проиллюстрировать текущее использование слова «самовоспроизводящийся». Любые мнения, выраженные в примерах, не отражают точку зрения Merriam-Webster или ее редакторов. Отправьте нам отзыв об этих примерах.
История слов
Первое известное использование
1946 год, в значении, определенном выше
Путешественник во времени
Первое известное использование самовоспроизводящегося было в 1946 году
Другие слова того же года самоотречение
самовоспроизводящийся
самоотчет
Посмотреть другие записи поблизости
Процитировать эту запись «Самовоспроизводящийся».
Leave A Comment