Біологія. 11 клас. Балан

Узагальнення курсу

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

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

2. Живі істоти складаються з особливих, переважно високомолекулярних, органічних сполук, води й деяких інших неорганічних речовин. Серед органічних речовин основні - це білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи й ліпіди. З неорганічних речовин виняткове значення має вода, що становить 60-99 % біомаси різних організмів, а також солі та неорганічні кислоти.

3. Обмін речовинами та енергією з навколишнім середовищем - необхідна умова існування живих систем. Дві його сторони - асиміляція й дисиміляція, взаємно врівноважуючись, забезпечують динамічну сталість будови та властивостей внутрішнього середовища біологічних систем (гомеостаз), що складає основу їхньої здатності до саморегуляції.

4. Жива матерія характеризується різними взаємозалежними рівнями організації: молекулярним, клітинним, організмовим, популяційно-видовим, екосистемним, або біогеоценотичним, і біосферним. Інтеграція взаємодій окремих складових кожного рівня зменшується від нижчого до вищого.

5. Живій матерії властива дискретність. Це означає, що на будь-якому рівні організації обов’язково існують структурно-функціональні одиниці - молекули, клітини, організми, популяції, біогеоценози.

6. Живі істоти здатні до розмноження, росту та індивідуального розвитку. Неперервність життя забезпечують життєві цикли. Усі нові клітини та організми утворюються, незважаючи на розмаїтість способів розмноження, винятково з материнських клітин.

7. Спадкова інформація (генотип) закодована у вигляді певної послідовності нуклеотидів молекул нуклеїнових кислот (ДНК чи вірусної РНК). Під час поділу клітини вона або повністю (мітотичний поділ), або частково (мейотичний поділ) передається кожній з дочірніх клітин.

8. Генотип реалізується у фенотипі під час матричного синтезу білків і може змінюватися за рахунок мутацій і рекомбінацій. Фенотип формується за рахунок взаємодії генотипу організму з факторами навколишнього середовища.

9. Процеси життєдіяльності клітин забезпечуються органелами, а більшості багатоклітинних організмів - ще й тканинами та органами. Для всіх живих істот характерна подразливість; функції більшості багатоклітинних тварин регулюють нервова (шляхом рефлексів), ендокринна (за допомогою гормонів та інших біологічно активних речовин) та імунна системи, тоді як у рослин і грибів - біологічно активні речовини (фітогормони та ін.).

10. Еволюція - процес виникнення адаптацій організмів до змін навколишнього середовища в послідовних рядах поколінь. Здатність живих істот та надорганізмових живих систем пристосовуватись до умов середовища - показник ступеня їхньої екологічної пластичності. Процес адаптацій відбувається в елементарних еволюційних одиницях (популяціях) у середовищі біогеоценозів. Темпи еволюції залежать від швидкості змін умов довкілля; вони різко зростають під час біоценотичних криз. Процес еволюції необоротний.

11. Біологічний прогрес будь-якого виду залежить від його здатності підтримувати оптимальну густоту (гомеостаз) окремих популяцій. Вимирання або виживання виду під час біоценотичних криз залежить від його здатності швидко пристосовуватися до змін середовища (еволюційна пластичність). Тому історичний час існування як окремого виду, так і надвидових груп (родів і т. д.) не залежить від ступеня морфологічного ускладнення та частоти зміни поколінь.

12. Біопродуктивність і біорізноманітність біосфери в періоди між кризами є відносно стабільними показниками. Їх визначають максимально можлива продуктивність автотрофів і максимально повне засвоєння продуктів їхньої асиміляції в ланцюгах живлення.

13. Живі системи всіх рівнів організації можуть нормально функціонувати лише за умови підтримання їхнього гомеостазу. Порушення гомеостазу хоча б на одному із цих рівнів веде до структурно-функціональних змін на всіх інших.

14. Найменш інтегровані та, відповідно, уразливі для зовнішніх впливів популяційно-видовий, екосистемний, або біогеоценотичний, і біосферний рівні. Зниження біорізноманіття призводить до дестабілізації біогеоценозів, руйнування ланцюгів живлення та зрештою спричиняє біоценотичні кризи. У свою чергу це може викликати біосферну кризу. Найзгубніше впливають на стабільність надорганізмових біологічних систем фактори, інтенсивність дії яких неперіодично змінюється і виходить за межі витривалості біологічних систем, насамперед антропогенні.

Можливості й перспективи застосування досягнень біології у забезпеченні існування людства. Біологічні дослідження необхідні для створення наукових основ прогнозування та планування розвитку стабільного процвітаючого людського суспільства майбутнього. Для цього необхідно відвернути наявну загрозу біосферної кризи, яку в пресі часто називають «екологічною». Специфічність загрози сучасної біоценотичної кризи, як і всіх майбутніх, - у змінах біосфери, викликаних господарською діяльністю людини.

Для створення екологічно стабільного суспільства, тобто ноосфери, людство повинне в найближчому майбутньому взяти під контроль стрімке зростання народонаселення; замість використання невідновних ресурсів експлуатувати відновні; впровадити екологічно обґрунтовані технології збільшення виробництва продуктів харчування; припинити знищення первинних лісів і перейти до промислового використання вторинних і штучних лісонасаджень з наступним їхнім відновленням; зменшувати об’єми стічних вод, запроваджувати надійні способи очищення та постійний контроль за їхньою якістю, створювати замкнені системи водопостачання промислових та енергетичних об’єктів; здійснювати ефективний захист і відновлення природних екосистем.

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

У майбутньому селекціонери будуть ще ширше застосовувати штучні мутації для отримання високопродуктивних сортів сільськогосподарських рослин та промислових штамів мікроорганізмів. Штучні мутації також необхідні для розроблення генетичних методів контролю чисельності популяцій шкідливих організмів, що в майбутньому унеможливить масове розмноження цих видів в агроценозах і людських поселеннях.

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

Широко застосовуватимуть у майбутньому генетично змінені, так звані трансгенні, або генетично модифіковані, організми. Методами генетичної інженерії в геном рослин вводять певні гени, які забезпечують стійкість до дії пестицидів, шкідників, інших несприятливих факторів довкілля тощо. Так, створені сорти картоплі, до каріотипу яких були приєднані бактеріальні гени, що робить цю рослину неїстівною для колорадського жука. Генетично змінені організми часто характеризуються високою продуктивністю і плодючістю, що може допомогти розв’язати проблему забезпечення людства продуктами харчування. Утім, широке застосування таких організмів потребує додаткових досліджень.

Багато очікують у майбутньому від такої галузі біотехнології, як клітинна інженерія. Унаслідок штучного поєднання соматичних клітин організмів різних видів, що можуть належати до різних родин та рядів, буде отримано багато високопродуктивних гібридів. Гібридизація соматичних клітин дає можливість створювати препарати, які підвищують стійкість організму до різноманітних інфекцій, високопродуктивні популяції породи, сорти та штами промислових і сільськогосподарських організмів тощо.

Завдяки виділенню соматичних клітин з організму та перенесенню на поживні середовища вже створюють культури клітин (тканин) для отримання цінних речовин, що значно зменшить собівартість і припинить вилучення цілющих рослин та інших організмів з природи. Крім того, оскільки соматичні клітини містять всю спадкову інформацію, притаманну особині, існує можливість вирощування з них значної кількості нащадків з ідентичними спадковими властивостями, тобто клонування.

Застосування стовбурових клітин у медицині дасть можливість лікувати різноманітні захворювання, зокрема онкологічні, відновлювати ушкоджені органи, омолоджувати організм тощо.

На прощання автори цієї книжки бажають вам успіхів у вивченні та збереженні різноманітного та чудового світу живої природи.