Рівні організації живої матерії
Молекулярний. Будь-яка жива система складається з біологічних макромолекул — нуклеїнових кислот, білків, полісахаридів та інших органічних речовин. З цього рівня починаються різноманітні процеси життєдіяльності організмів: обмін речовин, перетворення енергії, передача спадкової інформації.
Клітинний. Клітина є структурно-функціональною одиницею всіх живих організмів, що населяють Землю (виняток становлять віруси). На клітинному рівні поєднуються процеси передачі інформації та перетворення речовин і енергії.
Організмовий. Елементарною одиницею організмового рівня служить особина (індивід), яка розглядається у розвитку — від моменту зародження до припинення існування — як жива система.
Популяційно-видовий. Популяція — над-організмова система, в якій здійснюються елементарні еволюційні перетворення. На цьому рівні вивчають чинники, що впливають на чисельність популяцій, проблему збереження зникаючих видів, чинників мікроеволюції.
Біогеоценотичний. На цьому рівні здійснюється взаємодія організмів між собою і з чинниками неживої природи, що визначають їх чисельність, видовий склад і продуктивність.
Біосферний. На цьому рівні відбувається кругообіг речовин і перетворення енергії, пов’язані з життєдіяльністю всіх живих організмів.
Основні властивості живих організмів
Єдність хімічного складу. До складу живих організмів входять ті самі хімічні елементи, що й до об’єктів неживої природи. Проте співвідношення елементів у живому та неживому неоднакове. Живі організми на 98 % складаються з Карбону, Гідрогену, Оксигену і Нітрогену.
Обмін речовин і енергії. Важлива ознака живих систем — використання зовнішніх джерел речовини й енергії у вигляді живлення, світла тощо. Крізь живі системи проходять потоки речовин і енергії, отже, вони є відкритими.
Самовідтворення. Існування кожної окремо взятої біологічної системи обмежене в часі. Підтримка життя пов’язана із самовідтворенням, завдяки якому життя виду не припиняється.
Мінливість. Відносна пристосованість організмів до середовища забезпечується мінливістю — здатністю набувати нових ознак і властивостей. Мінливість створює матеріал для природного відбору.
Ріст і розвиток. Під ростом розуміється збільшення розмірів і маси особин із збереженням загальних рис будови. Ріст супроводжується розвитком, у результаті якого виникає новий якісний стан об’єкта.
Подразливість. Ця властивість виражається активними реакціями живих організмів на зовнішній вплив.
Дискретність. Будь-яка біологічна система складається з окремих взаємопов’язаних і взаємодіючих частин, які створюють структурно-функціональну єдність.
Методи біологічних наук
Метод спостереження дає можливість аналізувати й описувати біологічні явища. На ньому ґрунтується описовий метод. Для того, щоб з’ясувати суть явища, необхідно перш за все зібрати фактичний матеріал і описати його.
Порівняльний — дозволяє через зіставлення вивчати подібність і відмінність організмів та їхніх частин.
Історичний — з’ясовує закономірності по-яви та розвитку організмів, становлення їхньої структури і функції.
Експериментальний метод пов’язаний із створенням ситуації, яка допомагає досліджувати властивості та явища живої природи. Вік дозволяє вивчити явища ізольовано і домагатись їх повторюваності при відтворенні експериментальних умов.
Моделювання являє собою метод вивчення явища або процесу через відтворення його самого або його істотних властивостей у вигляді моделі.
Клітина як основна структурно-функціональна одиниця живої природи
Клітина — елементарна одиниця живого. З відомих живих організмів тільки віруси є неклітинними формами життя. Усі інші біологічні об’єкти побудовані з клітин — однієї (бактерії, найпростіші) або великої кількості (багатоклітинні тварини, рослини, гриби). Клітини різних організмів відрізняються розмірами, формою, функціями, тривалістю життя. Незважаючи на це, клітини мають загальні властивості: здатність до самовідтворення і передачі генетичної інформації, обміну речовин, росту, розвитку, мінливості, подразливості.
Основні положення клітинної теорії:
1) клітина — елементарна структурно-функціональна одиниця організму;
2) нові клітини утворюються в результаті поділу або злиття тих, що раніше існували;
3) для всіх клітин характерна єдність хімічного складу і метаболічних процесів;
4) організм може складатися з однієї або безлічі клітин;
5) багатоклітинні організми являють собою систему клітин, які утворюють тканини й органи, пов’язаних між собою гуморальними та нервовими типами регуляції.
Віруси
Віруси — позаклітинні форми життя, які являють собою автономні генетичні системи, нездатні до самостійного існування поза організмом або клітиною хазяїна, тобто є облігантними внутрішньоклітинними паразитами. Віруси займають суміжне положення між живою і неживою матерією. До основних рис, що відрізняють їх від живих організмів, належать: відсутність клітинної будови; відсутність власної білок-синтезуючої системи; геном вірусів може бути представлений не тільки ДНК, але й РНК; деякі віруси можуть формувати всередині клітини кристали.
Навпаки, як і всі живі об’єкти, віруси здатні: до розмноження; успадковування ознак; генетичної і фенотипічної мінливості; адаптації до умов навколишнього середовища.
Будова вірусів. Зрілі вірусні частинки (віріони) складаються з нуклеїнової кислоти, поміщеної в білкову або ліпопротеїнову (білок у комплексі з ліпідами) оболонку. До складу вірусів входить один з двох видів нуклеїнових кислот — ДНК або РНК; ця ознака лежить в основі їх класифікації на ДНК-вмісні та РНК-вмісні. У свою чергу, обидві групи поділяють на одноланцюгові і дволанцюгові.
Білки є переважаючою в кількісному відношенні частиною вірусної частинки. Низькомолекулярні білки зв’язуються з нуклеїновою кислотою, утворюючи чохол — капсид. Багато вірусів мають ще одну оболонку, розташовану зовні капсида — пеплос. Пеплос складається з високомолекулярних білків, організованих у вирости — пепломери, які служать для розпізнавання клітин-мішеней. Крім білків, до складу пеплоса входять ліпіди та вуглеводи. Білки капсида і пеплоса виконують такі функції: стабілізують і захищають нуклеїнову кислоту; є ферментами, що беруть участь у відтворенні вірусної частинки; розпізнають відповідну клітину-мішень.
Розмноження вірусів включає декілька етапів: 1) розпізнавання клітини-мішені й прикріплення до неї; 2) проникнення в клітину; 3) збирання вірусних частинок; 4) вихід з клітини.
У процесі еволюції кожний вид вірусу пристосувався до паразитування в клітинах певного типу. Вірус здатний розпізнавати білки, що розташовані на плазмалемі за допомогою особливих білків пеплоса або капсида. Віріон прикріпляється до поверхні клітини-мішені й проникає в цитоплазму. Далі вірус звільняється від білків капсида; цей процес називається депротеїнізацією. Звільнення нуклеїнової кислоти здійснюється за допомогою клітинних ферментів. Після цього вірус здатний до розмноження.
У дволанцюгових ДНК-вмісних вірусів (віруси віспи, герпесу) нуклеїнова кислота транспортується в ядро клітини-мішені й починає репліціюватись клітинною ДНК-полімеразою. У той же час клітинна РНК-полімераза здійснює транскрипцію, під час якої утворюються молекули вірусної іРНК. Інформаційна РНК проникає в цитоплазму, зв’язується з рибосомами і починається процес трансляції, під час якого утворюється безліч копій вірусних білків. Клітина-хазяїн перетворюється на цьому етапі на фабрику з виробництва вірусних частинок, тоді як її власні білок-синтетичні процеси частково пригнічуються.
У більшості одноланцюгових ДНК-вмісних вірусів після депротеїнезації ДНК потрапляє в ядро, де за допомогою клітинної ДНК-полімерази добудовується комплементарний їй ланцюг. Після цього відбувається множинне копіювання нуклеїнової кислоти тим самим ферментом клітини-хазяїна і синтез іРНК клітинною РНК-полімеразою.
Дволанцюгові РНК-вмісні віруси (бактеріо-фаги) після проникнення в клітину використовують власну РНК-полімеразу для синтезу комплементарних РНК на кожному з утворених ланцюгів. Одні з них служать інформаційними і беруть участь у процесах трансляції. Після завершення трансляції окремі ланцюжки РНК спіралізуються з утворенням вірусного геному.
Збирання вірусів відбувається різними способами. У вірусів, які мають пеплос, нуклеїнова кислота транспортується до плазматичної мембрани й огортається її фрагментом. Далі такі віруси відбруньковуються, не порушуючи цілісності мембрани. Якщо вірус не має пеплоса, його вихід з клітини супроводжується ушкодженням плазмалеми.