§ 57. Фундаментальні властивості біологічних систем

До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

А от чи можна вважати живими віроїди (мал. 57.1) і пріони (мал. 57.2)?

Віроїди та пріони не можна вважати повноцінними живими організмами, тому що вони не мають клітинної будови і власного обміну речовин. Поза клітиною хазяїна вони поводяться як звичайні органічні макромолекули. Проте всередині клітин вони здатні розмножуватися і спричиняти патологічні зміни, тому їх відносять до особливих неклітинних форм життя на межі живої та неживої природи.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

1. У яких формах може передаватися інформація в живих системах? Запропонуй якомога більше прикладів.

Інформація в живих системах може передаватися в таких основних формах:

Молекулярна (генетична): послідовність нуклеотидів у ДНК і РНК передає спадкові інструкції під час поділу клітин та синтезу білків.
Хімічна (гуморальна): гормони й медіатори передають команди органам і тканинам (наприклад, гормон інсулін сповіщає клітини про необхідність утилізувати глюкозу).
Електрична: нервові імпульси швидко поширюються волокнами нейронів у відповідь на подразнення.
Фізична та зорова: звукові сигнали птахів, біолюмінесцентне свічення деяких комах або яскраве забарвлення квіток для приваблення комах-запилювачів.

2. Комп’ютерні віруси отримали таку назву завдяки певній схожості із вірусами звичайними. А чи можна у комп’ютерних вірусів знайти якісь ознаки живих об’єктів?

У комп’ютерних вірусів можна помітити кілька аналогій із живими системами:

Самовідтворення: вони створюють власні копії та вбудовують їх в інші програми й файли.
Залежність від середовища хазяїна: вони можуть функціонувати лише всередині запущеної операційної системи комп’ютера, подібно до того, як біологічні віруси активні тільки в живій клітині.
Певна мінливість: деякі вірусні коди здатні самостійно модифікуватися (поліморфізм) для уникнення антивірусного захисту.
Водночас комп’ютерні віруси не є живими істотами, бо не мають хімічного складу на основі біополімерів та обміну речовин і енергії.

ЗАВДАННЯ З e-ДОДАТКУ

Завдання 57.1. Гра «Хіральність».

⚠️ Це завдання є інтерактивним і потребує виконання безпосередньо в e-ДОДАТКУ на сайті підручника.

Завдання 57.2. Дізнайся, як мінливість призводить до утворення нових вірусів.

Мінливість вірусів відбувається завдяки частим мутаціям під час реплікації їхнього генетичного матеріалу та рекомбінації генів, якщо в одну клітину потрапляють різні штами. Це спричиняє зміни в будові поверхневих білків вірусу. У результаті імунна система хазяїна не встигає їх розпізнавати, тому вірус успішно виживає і розселяється в нових популяціях.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Назви основні ознаки, що відрізняють живе від неживого.

До головних властивостей живого належать:

Єдність хімічного складу (наявність білків, нуклеїнових кислот, ліпідів і вуглеводів).
Відкритість систем та обмін речовин і енергії з навколишнім середовищем.
Здатність до саморегуляції (підтримання гомеостазу).
Самовідтворення (розмноження).
Ріст і розвиток.
Подразливість (здатність реагувати на зовнішні та внутрішні сигнали).
Спадковість і мінливість.
Здатність до еволюційних змін.

2. Яке значення має здатність органічних речовин утворювати чисельні ізомери?

Здатність утворювати ізомери забезпечує величезне структурне різноманіття молекул навіть за однакової хімічної формули. Особливо важливою є хіральність (оптична ізомерія), завдяки якій білки-ферменти можуть працювати з високою специфічністю за принципом взаємної відповідності форми. Через це в клітинах метаболізм побудований лише на використанні конкретних ізомерів — «лівих» амінокислот і «правих» моносахаридів.

3. У яких формах всередині живих систем може передаватися інформація? Запропонуй якомога більше прикладів.

Усередині живих систем інформація передається в молекулярній, хімічній та електричній формах. На молекулярному рівні вона передається матричним синтезом під час реплікації, транскрипції та трансляції (від гена до молекули білка). На рівні органів передача здійснюється хімічними речовинами (гормонами, цитокінами й медіаторами) через кров або міжклітинну рідину. Швидку передачу сигналів забезпечують електричні потенціали дії на мембранах збудливих клітин нервової та м’язової систем.

4. Яка роль потоку енергії і колообігу речовин у функціонуванні життя?

Потік сонячної енергії живить автотрофні організми і дає їм змогу синтезувати органічні речовини, які далі використовують гетеротрофи для підтримання всіх життєвих процесів. Колообіг речовин багаторазово залучає атоми ключових елементів (Карбону, Оксигену, Гідрогену, Нітрогену, Фосфору) у нові біологічні цикли. Це запобігає виснаженню природних ресурсів і підтримує стабільне існування біосфери.

5. Доведи, що еволюційний процес притаманний усім формам життя.

Усі живі істоти мають здатність передавати спадкову інформацію і водночас змінювати її через мутації чи рекомбінації генів. Зміни в генетичному матеріалі створюють нові ознаки, а фактори середовища через природний добір відбирають найбільш пристосовані організми. Навіть найпростіші віруси безперервно змінюють свої властивості, утворюючи нові варіанти для подолання захисних систем хазяїв.

6. Як можна експериментально дослідити механізми еволюції протягом багатьох поколінь? Запропонуй власний план експерименту або скористайся відео в e-ДОДАТКУ (завдання 57.3).

Еволюційні механізми можна вивчити в лабораторії на бактеріях кишкової палички, оскільки вони дуже швидко діляться і змінюють покоління за лічені години.

План експерименту:

Отримати генетично однорідну культуру бактерій і розділити її на дві групи — контрольну і дослідну.
Контрольну групу утримувати за стабільних сприятливих умов, а в поживне середовище дослідної групи додати стресовий фактор (наприклад, слабку концентрацію антибіотика або підвищену температуру).
Щоденно пересівати культури протягом багатьох тисяч поколінь, де умови відбору змушують клітини змінюватися.
Періодично проводити генетичний аналіз і визначати появу нових корисних мутацій, які забезпечили адаптацію дослідної популяції.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

1. Назви три факти, які ти дізнався/дізналася після опанування параграфа.

Живі системи завжди є відкритими і не можуть існувати без постійного обміну речовиною, енергією та інформацією.
У процесах метаболізму живих організмів беруть участь виключно «ліві» ізомери амінокислот і «праві» моносахариди.
Усі процеси розмноження на планеті базуються на комплементарному синтезі ланцюгів нуклеїнових кислот за участі ферментів.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…

Мене здивувало те, що хіральність молекул настільки критична для клітини: просторове дзеркальне розташування атомів вирішує, чи зможе фермент приєднати речовину для реакції.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?

Було непросто уявити відмінність між оптичними ізомерами однієї органічної сполуки, але ретельний розгляд просторових схем молекул у тексті допоміг це зрозуміти.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?

Ці знання допоможуть мені краще орієнтуватися в питаннях імунітету, розуміти необхідність оновлення вакцин проти мінливих вірусів та усвідомлювати причини дії сучасних ліків.

УЗАГАЛЬНЮВАЛЬНІ ДОСЛІДНИЦЬКІ ЗАВДАННЯ

1. Розглянь зображення і дай відповіді на запитання.

• На якому з малюнків зображено вимерлого представника рептилій, а на якому — представника ссавців?

Праворуч зображено вимерлу літаючу рептилію (птерозавра), а ліворуч — сучасного ссавця (кажана).

• Поясни, чому будова тіла цих представників різних груп хребетних настільки подібна.

Обидві групи тварин пристосувалися до одного й того самого способу пересування — активного польоту в повітрі. Під дією природного добору їхні передні кінцівки перетворилися на крила зі шкірястою перетинкою, скелет полегшився, а тіло набуло обтічної форми.

• Як називають явище, завдяки якому ці тварини набули подібної будови і які ще приклади цього явища можна навести?

Це явище називають конвергенцією (конвергентною еволюцією). Прикладами конвергенції є також обтічна форма тіла дельфіна (ссавець), акули (риба) та іхтіозавра (вимерлий плазун), або копальні передні кінцівки крота (ссавець) і комахи вовчка.

2. Розглянь карту, на якій позначено напрямки і час (тис. років тому) розселення Людини розумної по планеті та дай відповіді на запитання.

• На якому континенті сформувався вид Людина розумна?

Вид Людина розумна сформувався на континенті Африка.

• Чому представники виду потрапили до Австралії раніше, ніж до Європи?

Шлях до Австралії пролягав південним узбережжям Азії через теплі тропічні зони з багатими прибережними ресурсами їжі. Заселенню ж Європи перешкоджали холодні кліматичні умови льодовикової епохи та необхідність конкурувати з місцевими популяціями неандертальців.

• Відстань від півночі Північної Америки до півдня Південної Америки значна більша, ніж від Азії до Північної Америки. Але долали її представники виду Людина розумна значно довше. Запропонуй і обґрунтуй пояснення цього факту.

Перехід з Азії до Північної Америки відбувся через Берингію в межах знайомого субарктичного тундростепового ландшафту зі звичними мисливськими тваринами. Рух же на південь через обидві Америки змушував людей постійно пристосовуватися до абсолютно нових кліматичних зон: помірних лісів, посушливих пустель, високогірних масивів Кордильєр і Анд та густих тропічних лісів Панамського перешийка. Це вимагало зміни знарядь, пошуку нової їжі та адаптації до раніше невідомих хвороб.