Для всех объектов живой и неживой природы характерна одна и та же структурная организация материи на молекулярном, атомном и нуклонном уровнях.
Кроме того, для всех них выполняются все известные фундаментальные законы природы, включая законы сохранения массы и энергии. Все это свидетельствует о единой природе живой и неживой материи.
СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ.
Современная биологическая картина мира основывается на том, что мир живого – это колоссальная система высокоорганизованных систем.
В современной биологии классическими уровнями данной системы, которая определяется как живая материя, являются следующие шесть уровней:
Молекулярно-генетический уровень
Клеточный и субклеточный уровни
Организменный и органно-тканевой уровни
Популяционно-видовой уровень
Уровень биогеоценозов
Биосферный уровень
Молекулярно-генетический уровень является тем уровнем организации живой материи, на котором совершался переход от атомно-молекулярного уровня неживой материи к макромолекулам живой. Это уровень функционирования биополимеров, таких как белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды. На этом уровне элементарными структурными единицами являются гены. Вся наследственная информация у живых организмов заложена в молекулах ДНК. Реализация этой информации связана с участием молекул РНК.
Клеточный и субклеточный уровни отражают процессы специализации клеток, а также различные внутриклеточные включения.
Организменный и органно-тканевой уровни отражают признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых существ.
Популяционно-видовой уровень образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида. Его изучение важно для выявления факторов, влияющих на численность популяций. Этот уровень важен также с точки зрения исследования путей исторического развития живого, его эволюции.
Уровень биогеоценозов выражает следующую ступень (популяционно-видового уровня) структуры живого. Под биогеоценозами понимаются участки Земли с определенным составом тесно взаимосвязанных живых и неживых компонентов, представляющих единый природный комплекс, экосистему. Рациональное использование природы невозможно без знания структуры и функционирования биогеоценозов, или экосистем.
Биосферный уровень включает всю совокупность живых организмов Земли, существующих в тесной взаимосвязи с окружающей природной средой. На этом уровне биологической наукой решается такая актуальная ныне проблема, как регулирование процесса концентрации углекислого газа в атмосфере. Исследуя биосферный уровень организации живого, ученые выяснили, что в последнее время в результате значительного усиления хозяйственной активности и слабой природоохранной деятельности концентрация диоксида углерода в атмосфере планеты стала возрастать. В результате возникла опасность глобального повышения температуры, возникновения так называемого «парникового эффекта», увеличения в ряде районов количества осадков до масштабов Всемирного потопа.
Представление о структурных уровнях организации живых систем сформировалось под влияниемоткрытия клеточной теории строения тел.
В середине 19 века клетка рассматривалась как последняя единица живой материи, наподобие атома неорганических тел (М.Шлейден и Э.Геккель).
Но оставался вопрос, на который не могла ответить клеточная теория: от каких именно структур зависят свойства живых организмов. Поэтому ученые-экспериментаторы продолжали свои работы в области исследования клеточных структур.
В ходе этих работ был получен следующий результат клеточной теории строения тел:
белки построены из 20 аминокислот, которые соединены длинными полипептидными связями.
9 из этих аминокислот являются незаменимыми,
остальные 11 синтезируются самим организмом.
Характерная особенность аминокислот состоит в том, что все они являются левовращающими плоскость поляризации изомерами, хотя существуют аминокислоты и правого вращения. Обе формы таких изомеров почти одинаковы между собой и различаются только пространственной конфигурацией, и поэтому каждая из молекул аминокислот является зеркальным отображением другой.
Впервые это явление открыл Л. Пастер. Он обнаружил, что вещества биологического происхождения способны отклонять поляризованный луч. Эти вещества впоследствии были названы оптическими изомерами.
В отличие от этого у молекул неорганических веществ эта способность отсутствует и построены они симметрично.
На основе своих опытов Л.Пастер высказал мысль о том, что важнейшим свойством всей живой материи является их молекулярная асимметричность, подобная асимметричности левой и правой рук. Это свойство было названо молекулярной хиральностью. Долгое время в связи с изучением структуры белка, появились мнения о том, что белки составляют фундаментальную основу жизни (Ф.Энгельс).
Наряду с изучением структуры белка интенсивно изучались механизмы наследственности и воспроизводства живых систем.
Наиболее важным открытием на этом пути было выделение из состава ядра клетки богатого фосфором вещества, которое впоследствии назвали нуклеиновой кислотой. Существует два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновые и рибонуклеиновые кислоты. В 1944 году Джеймс Уотсон и Френсис Крик предложили и экспериментально подтвердили гипотезу о строении молекулы ДНК как материального носителя информации.
Согласно теории Уотсона и Крика наследственную информацию в молекуле ДНК несет последовательность четырех оснований: два пуриновых и два пиримидиновых (1953 год).
Гипотетическое объяснение механизма перевода четырехбуквенной записи структуры ДНК в 20-буквенную дал Г. Гамов, предположив, что для кодирования одной аминокислоты требуется сочетание из трех нуклеотидов ДНК. Спустя семь лет эта гипотеза была подтверждена экспериментально.
Также известен как Джордж Гамов (4 марта 1904 — 19 августа 1968) — ученый-энциклопедист, ученый-теоретик и одновременно ученый-экспериментатор экстракласса, крупный физик и астрофизик, написавший большую часть своих работ в США. Ему принадлежат три научных открытия «нобелевского ранга» - в области теории альфа-распада, теории «Большого Взрыва» и в теории генетического кода. При этом Гамов не получил ни одной Нобелевской премии, а только премию ЮНЕСКО в 1956 году (правда, весьма щедрую и почетную).
В 1933 году он был направлен в командировку в США, в 1934 году он стал гражданином США.
В 60-е годы Ф.Жакоб и Ж.Моно доказали, что по своей функциональной активности все гены разделяются на «регуляторные», кодирующие структуру белка, и «структурные», кодирующие синтез метаболитов. Переход на молекулярный уровень исследования изменил представления о механизме изменчивости. Кроме мутаций были названы механизмы рекомбинации генов.