§ 1. Материальные основы жизни и свойства живых систем

Определения и обозначения

Живая система — организм или его часть, состоящие из взаимосвязанных компонентов и обладающие свойствами живого. Компоненты такой системы не просто находятся рядом, а совместно обеспечивают её работу. Это понятие помогает отличать целостный организм или клетку от набора отдельных веществ.

Обмен веществ и энергии — совокупность процессов поступления, преобразования и использования веществ и энергии. Организм получает из окружающей среды необходимое сырьё и энергию, а затем расходует их на поддержание своей работы. Без такого обмена система не могла бы сохранять жизнедеятельность и изменяться.

Гомеостаз — поддержание относительного постоянства внутренней среды при изменениях внешних условий. Внутренние показатели не обязаны оставаться совершенно неизменными: они могут колебаться в допустимых пределах. Понятие нужно, чтобы описывать устойчивость организма без предположения, будто он не реагирует на среду.

Раздражимость — способность живых систем воспринимать воздействия и отвечать на них. Воздействием может быть, например, изменение освещённости или температуры. Благодаря раздражимости система не остаётся безучастной к переменам, а может реагировать на них подходящим образом.

Как это устроено

Живые организмы состоят из химических элементов, которые встречаются и в неживой природе, потому что жизнь использует обычные атомы окружающего мира. Особое значение имеют углерод, водород, кислород и азот: они входят в состав многих важных биологических молекул. Углерод способен соединяться с разными атомами и образовывать разнообразные структуры, поэтому на его основе возникает множество сложных соединений. Другие перечисленные элементы также участвуют в построении молекул и работе организма.

Атомы соединяются в молекулы, а молекулы входят в состав клеточных структур и участвуют в процессах клетки. На каждом следующем уровне компоненты взаимодействуют и приобретают функции, которых нет у отдельного атома или молекулы. Поэтому сходство химического состава живого и неживого не означает одинаковой организации: важны порядок, взаимосвязь и согласованная работа частей. Жизнь нельзя свести к наличию отдельных органических веществ.

Обмен веществ и энергии связывает организм с окружающей средой: организм получает вещества и энергию, преобразует их и использует для своих нужд. Это необходимо, поскольку жизненные процессы требуют постоянных затрат, а материалы для обновления и построения структур должны поступать извне. Благодаря обмену организм может увеличиваться в размерах и проходить изменения, связанные с развитием. Если поступление и преобразование ресурсов прекращаются, поддержание жизнедеятельности становится невозможным.

Свойства живого работают совместно, а не изолированно. Обмен веществ обеспечивает процессы, за счёт которых система поддерживает внутренние условия, а саморегуляция помогает согласовывать эти процессы. Гомеостаз при этом не означает отсутствия перемен: система удерживает внутренние показатели в допустимых пределах. Раздражимость позволяет обнаруживать изменения среды и запускать ответ, который может помочь сохранить это относительное постоянство.

Живые системы способны к саморегуляции, росту, развитию и воспроизведению, потому что их компоненты связаны и участвуют в общих процессах. Рост означает увеличение системы, а развитие — изменения её состояния и особенностей. Воспроизведение связано с появлением новых живых систем, а саморегуляция поддерживает согласованность работы. Эти свойства проявляются не только у целого организма, но и на других уровнях организации живого.

Материальные основы и свойства живых систем

Таблица связывает материальную основу жизни с основными свойствами живой системы и показывает, зачем нужны её компоненты и процессы. Используйте её, чтобы сопоставить характеристику с её ролью, а не заучивать строки по отдельности. При разборе примеров проверяйте, какие свойства работают вместе.

Разбор задач

Задача 1. Определите, какие признаки относятся к свойствам живых систем: рост, ржавление железа, обмен веществ, реакция растения на свет. Необходимо оценить каждый признак отдельно и не считать любое внешнее сходство доказательством жизни. Сравните его с характерными процессами живой системы.

1. Рост может быть свойством живого, но сам по себе не доказывает, что объект живой.
2. Ржавление железа — химическое изменение неживого материала, а не обмен веществ организма.
3. Обмен веществ относится к свойствам живых систем, поскольку включает поступление и преобразование ресурсов организмом.
4. Реакция растения на свет — проявление раздражимости: растение отвечает на воздействие среды.

Ответ: обмен веществ и реакция растения на свет — признаки живых систем; ржавление железа не относится к ним, а рост нельзя использовать как единственное доказательство жизни. Для надёжного вывода нужно учитывать совокупность свойств.

Задача 2. Изменение температуры среды может вызвать ответ организма, но его внутренняя температура не обязательно изменится немедленно. Нужно связать восприятие воздействия с реакцией системы и выяснить, какую роль играет поддержание внутреннего постоянства. Сам факт реакции не означает, что внутреннее состояние сразу повторит внешнее изменение.

1. Изменение температуры — воздействие среды, которое организм способен воспринимать.
2. Ответ на воздействие показывает раздражимость; он может включать изменение работы процессов организма.
3. Саморегуляция помогает согласовать ответ так, чтобы внутренняя среда оставалась относительно постоянной.
4. Показатели могут меняться постепенно или колебаться в допустимых пределах, поэтому мгновенного совпадения с температурой среды не требуется.

Ответ: организм реагирует на изменение температуры благодаря раздражимости, а саморегуляция помогает поддерживать гомеостаз. Гомеостаз означает относительное постоянство, а не полное отсутствие колебаний.

Задача 3. Организм получает вещества из среды, преобразует их, растёт и отвечает на раздражитель. Обоснуйте, что он является живой системой. Здесь важно не ограничиваться одним признаком, а связать описание с несколькими свойствами живого.

1. Поступление и преобразование веществ указывают на обмен веществ и связь организма со средой.
2. Рост согласуется с жизнедеятельностью, но отдельно он не был бы достаточным доказательством.
3. Ответ на раздражитель показывает раздражимость — способность воспринимать воздействие и реагировать на него.
4. Совместное проявление обмена веществ, роста и раздражимости указывает на организованную систему с взаимосвязанными процессами.

Ответ: описанный организм можно обоснованно считать живой системой, потому что у него проявляются несколько взаимосвязанных свойств живого. Вывод основан не только на увеличении размеров, но и на обмене веществ и реакции на воздействие.

Типичные ошибки

Ошибка — считать любое увеличение размеров ростом живого. Её допускают, потому что кристаллы тоже становятся крупнее и внешне это напоминает рост организма. Проверьте себя: сопровождается ли увеличение обменом веществ и развитием? Если таких признаков нет, одного изменения размеров недостаточно.

Ошибка — сводить жизнь к наличию органических веществ. Это кажется убедительным, потому что многие биологические молекулы действительно характерны для организмов, однако отдельные органические соединения могут существовать вне живой системы. Чтобы проверить вывод, спросите, есть ли организованная работа компонентов и совокупность свойств живого. Наличие вещества само по себе не доказывает, что перед нами организм.

Ошибка — понимать гомеостаз как абсолютное постоянство всех показателей. Такое представление возникает из-за слова «постоянство», но в действительности организм может допускать изменения и колебания внутренних параметров. Проверяйте, удерживаются ли показатели в допустимых пределах, а не остаются ли они совершенно неподвижными. Гомеостаз описывает устойчивость, а не отсутствие любых перемен.

Ошибка — рассматривать свойства живого независимо друг от друга. Тогда один признак, например рост или реакция на свет, может показаться достаточным для вывода о жизни. Проверка проста: сопоставьте несколько свойств и проследите, как они связаны, например как обмен веществ поддерживает работу системы, а раздражимость позволяет отвечать на перемены. Вывод должен учитывать взаимосвязь свойств, а не один признак в отрыве от остальных.

Связь с другими темами

Для изучения темы нужно знать, что организмы состоят из клеток, а вещества — из атомов и молекул. Эти знания помогают понять, как материальная основа связана с устройством живой системы. Далее тема пригодится при изучении клетки и обмена веществ: станет понятнее, откуда берутся материалы для работы организма и как процессы поддерживают его состояние. Представление о свойствах живого также понадобится при изучении наследственности и эволюции, где рассматривают передачу особенностей и изменения живых систем.

Что запомнить

• Живые системы имеют материальную основу и состоят из химических элементов и молекул.
• Углерод, водород, кислород и азот входят в состав многих важнейших биологических молекул.
• Живое отличается не одним признаком, а совокупностью взаимосвязанных свойств.
• Обмен веществ и энергии связывает организм со средой.
• Саморегуляция помогает поддерживать относительное постоянство внутренней среды.
• Раздражимость обеспечивает ответ на изменения условий.
• Свойства живого проявляются на разных уровнях организации.