Конспект уроку: Основні властивості живих систем. Можливості і перспективи застосування досягнень біології у забезпеченні існування людства

1. Пригадайте які ери в розвитку життя на Землі виділяються?

2. В якій ері почалися формуватися одноклітинні організми?

3. Коли на Землі сформувалися повноцінні багатоклітинні організми?

4. Відзначте найхарактерніші риси кожної ери розвитку живого.

Питання про появу і суть життя здавна турбували учених, філософів і широкі верстви населення; це зрозуміло, адже ми й самі - живі істоти. Незважаючи на досить бурхливий розвиток біологічних наук, застосування фізико-хімічних методів досліджень, методів молекулярної біології, генної та клітинної інженерії, електронної мікроскопії й складної обчислювальної техніки, проблема сутність життя досі залишається загадковою для людства. Сучасна наука не здатна штучно створити навіть найпростіший живий організм, також невідомі достовірні причини старіння й смерті, причини появи життя на нашій планеті. Тому дотепер визначення життя має здебільшого описовий характер й складається з перерахування його головних форм й властивостей.

Головні властивості живих систем

1. Усі живі організми складаються із тих же самих хімічних елементів, як і неживі тіла. В відміну від неживої природи, процентне співвідношення хімічних елементів у всіх живих істотах практично однакове. Чотири органогенні елементи, такі як Карбон, Оксиген, Гідроген та Нітроген, складають до 98 % біомаси; біля 1,9 % припадає на 8 макроелементів (Фосфор, Сульфур, Калій, Хлор, Натрій, Магній, Кальцій, Ферум), а 0,1 % - на частку більш аніж 30 мікроелементів (Алюміній, Купрум, Молібден, Цинк, Кобальт, Нікель, Йод, Стронцій, Селен, Флуор, Бром, Бор й ін.).

2. Усі живі істоти складаються із особливих, здебільшого високомолекулярних, органічних сполук, води і окремих інших неорганічних речовин. Поміж органічних речовин головні - це білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи й ліпіди. Із неорганічних речовин унікальну роль має вода, що складає 60-99 % біомаси різноманітних організмів, а теж солі й неорганічні кислоти.

3. Обмін речовинами і енергією із навколишнім середовищем - потрібна умова життя живих систем. Дві його сторони - асиміляція та дисиміляція врівноважуючись, забезпечують динамічну сталість будови й властивостей внутрішнього середовища біологічних систем (гомеостаз), що складає основу їх здатності до саморегуляції.

4. Жива матерія відзначається різноманітними взаємозалежними рівнями організації: молекулярним, клітинним, організмовим, популяційним і видовим, екосистемним, чи біогеоценотичним, й біосферним. Інтеграція взаємодій деяких складових будь-якого рівня зменшується від мінімального до вищого.

5. Живим матеріям притаманна дискретність. Значить це, що на усіх рівнях організації обов'язково живуть структурно-функціональні одиниці - це молекули, клітини, організми, популяції, біогеоценози.

6. Живі істоти мають здатність до розмноження, росту і індивідуального розвитку. Неперервність існування забезпечують життєві цикли. Усі нові клітини й організми формуються, незважаючи на розмаїтість способів розмноження, винятково із материнських клітин.

7. Генотип - спадкова інформація, яка закодована в формі певної послідовності нуклеотидів молекул нуклеїнових кислот (ДНК або вірусної РНК). В момент поділу клітини вона чи цілком (мітотичний поділ), чи частково (мейотичний поділ) передається кожній із дочірніх клітин.

8. Генотип реалізується в фенотипі в момент матричного синтезу білків та здатний змінюватися за рахунок мутацій й рекомбінацій. Фенотип утворюється за рахунок взаємодії генотипу організму із факторами оточуючого середовища.

9. Усі процеси життєдіяльності клітин забезпечуються органелами, а більшості багатоклітинних організмів - ще і тканинами і органами. Для усіх живих істот специфічна подразливість; усі функції переважної більшості багатоклітинних тварин регулює нервова (шляхом рефлексів), ендокринна (з допомогою гормонів й інших біологічно активних речовин) і імунна системи, тоді як в рослин й грибів - біологічно активні речовини (фітогормони і ін.).

10. Еволюція - це процес утворення адаптацій організмів до змін оточуючого середовища у послідовних рядах поколінь. Здатність живих істот і надорганізмових живих систем пристосовуватись до умов середовища - показник ступеня їх екологічної пластичності. Процес адаптацій здійснюється у елементарних еволюційних одиницях (популяціях) в середовищі біогеоценозів. Темпи еволюції залежні від швидкості зміни умов довкілля; вони різко зростають в момент біоценотичних криз. Процес еволюції необоротний.

11. Біологічний прогрес певного виду залежать від його можливості підтримувати оптимальну густоту (гомеостаз) деяких популяцій.

Вимирання чи виживання виду в момент біоценотичних криз залежне від його можливості швидко пристосовуватися до зміни середовища (еволюційна пластичність). Тому історичний час життя як окремого виду, так та надвидових груп (родів й т. д.) не залежне від ступеня морфологічного ускладнення і частоти зміни поколінь.

12. Біопродуктивність та біорізноманітність біосфери у періоди між кризами являється відносно стабільними показниками. Визначають їх максимально можлива продуктивність автотрофів й максимально повне засвоєння продуктів їх асиміляції у ланцюгах живлення.

13. Живі системи усіх рівнів організації здатні нормально функціонувати тільки за умови підтримання їх гомеостазу. Порушення гомеостазу тільки на одному із даних рівнів веде до структурно-функціональних змін на усіх інших.

14. Найменш інтегровані й, відповідно, вразливі для зовнішніх впливів популяційно-видовий, екосистемний, чи біогеоценотичний, й біосферний рівні. Зниження біорізноманіття веде до дестабілізації біогеоценозів, порушення ланцюгів живлення і зрештою спричиняє біоценотичні кризи. В власну чергу це здатний викликати біосферну кризу. Найзгубніше діють на стабільність надорганізмових біологічних систем ті фактори, інтенсивність дії котрих неперіодично змінюється та виходить за межі витривалості біологічних систем, головним чином антропогенні.

Можливості та перспективи використання досягнень біології в забезпеченні життя людства

Біологічні дослідження потрібні для створення наукових основ прогнозування й планування розвитку стабільного процвітаючого людського суспільства майбутнього. Для даного треба відвернути наявну загрозу біосферної кризи, котру у пресі нерідко звуть «екологічною». Специфічність загрози сучасної біоценотичної кризи, як та усіх майбутніх, - в змінах біосфери, викликаних господарською діяльністю людини.

Для створення екологічно стабільного суспільства, тобто ноосфери, людство має у найближчому майбутньому взяти під контроль зростання народонаселення; замість застосування невідновних ресурсів експлуатувати відновні; впровадити екологічно обгрунтовані технології збільшення виготовлення продуктів харчування; припинити винищення первинних лісів та перейти до промислового застосування вторинних й штучних лісонасаджень із наступним їх відновленням; зменшувати орозміри стічних вод, запроваджувати надійні способи для очищення і постійний контроль за їх якістю, створювати замкнені системи водопостачання промислових й енергетичних об'єктів; проводити ефективний захист й відновлення природних екосистем.

Одне із важливих завдань біології - це вивчення біорізноманіття істот нашої планети. Воно далеко не завершене: учені-систематики вважають, що невідомими сучасній науці залишаються не менше мільйона видів зараз існуючих живих організмів.

В майбутньому селекціонери будуть ще ширше застосовувати штучні мутації для одержання високопродуктивних сортів сільськогосподарських рослин й промислових штамів мікроорганізмів. Штучні мутації теж потрібні для розроблення генетичних методів контролю чисельності популяцій шкідливих організмів, що у майбутньому унеможливить масове розмноження даних видів у агроценозах й людських поселеннях.

Великі перспективи має генетична (генна) інженерія. Окрім практичних напрямів (зростання продуктивності штамів мікроорганізмів, перенесення у клітини прокаріотів генів еукаріотів, котрі відповідають за синтез важливих сполук - вітамінів, гормонів, ферментів і т.п.), в майбутньому вона зможе розв'язувати глобальні проблеми. Так, в галузі боротьби з спадковими захворюваннями будуть знайдені методи вилучення із хромосом алельних генів - носіїв інформації про дані захворювання, з заміною на безпечні алелі, й інші способи відповідних змін генотипу, а теж штучні антимутаційні засоби для зниження частот нових, головним чином шкідливих, мутацій. Перенесення генів бульбочкових бактерій, котрі визначають здатність до фіксування атмосферного азоту, до каріотипу вищих рослин дало б змогу значної економії коштів, що витрачаються на виробництво та внесення азотних добрив, а теж знизило б небезпеку забруднення довкілля нітратами. Для подальшого розвитку генетичної інженерії створюють банки генів - колекції генів різних організмів, вбудованих в плазміди.

Широко застосовуватимуть в майбутньому генетично змінені, так звані трансгенні, чи генетично модифіковані, організми. Методами генетичної інженерії у геном рослин вводять деякі гени, що забезпечують стійкість до впливу пестицидів, шкідників, інших шкідливих факторів довкілля тошо. Так, створені сорти картоплі, до каріотипу котрих являлись приєднані бактеріальні гени, що робить дану рослину неїстівною для колорадського жука. Генетично змінені організми нерідко характеризуються високою продуктивністю та плодючістю, що здатний допомогти розв'язати проблему забезпечення людей продуктами харчування. Утім, широке використання подібних організмів потребує додаткових досліджень.

Чимало очікують в майбутньому від даної галузі біотехнології, як клітинна інженерія. Внаслідок штучного поєднання соматичних клітин організмів різноманітних видів, що здатні належати до різноманітних родин і рядів, буде отримано чимало високопродуктивних гібридів. Гібридизація соматичних клітин надає змогу створювати препарати, котрі підвищують стійкість організму до різних інфекцій, високопродуктивні популяції породи, сорти й штами промислових й сільськогосподарських організмів і т.п.

Дякуючи виділенню соматичних клітин із організму і перенесенню на поживні середовища уже створюють культури клітин (тканин) для одержання цінних речовин, що в значні мірі зменшить собівартість та припинить вилучення цілющих рослин і інших організмів із природи. Окрім того, адже соматичні клітини містять усю спадкову інформацію, притаманну особині, існує змогу вирощування із них значної кількості нащадків із ідентичними спадковими властивостями, тобто клонування.

Використання стовбурових клітин в медицині дасть змогу лікувати різні захворювання, в тому числі онкологічні, відновлювати ушкоджені органи, омолоджувати організм і т.п..

На прощання автори даної книжки бажають вам успіхів в вивченні і збереженні різного і чудового світу живої природи.

1. Назвіть та поясніть основні властивості живих систем.

2. Як досягнення біології можна застосовувати для забезпечення існування людства.

- прочитати параграф,

- дати відповідь на запитання,

- інше.

За підручником Біологія 11 клас - Балан П.