§ 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 розглядають як неклітинні форми життя або біомолекулярні інфекційні агенти. Поза клітиною хазяїна вони не проявляють ознак живого: не мають клітинної будови, власного обміну речовин та не здатні до самостійного росту чи розмноження. Проте в клітинах живих організмів вони здатні до самовідтворення, мінливості й спричиняють біологічні зміни. Тому їх вважають формою існування матерії на межі між живою та неживою природою.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

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

Інформація в живих системах може передаватися у таких формах:

• Молекулярна (генетична) форма: закодована в послідовності нуклеотидів ДНК і РНК під час передачі спадкових ознак від батьків до нащадків та під час синтезу білків.
• Хімічна (гуморальна) форма: за допомогою гормонів, ферментів та медіаторів (наприклад, інсулін передає сигнал клітинам про необхідність засвоєння глюкози, а феромони у комах слугують для приваблення особин свого виду).
• Електрична форма: у вигляді нервових імпульсів, які передаються аксонами нейронів у тварин для швидкої відповіді організму на подразник.
• Фізична та сигнальна форма: за допомогою звуків (спів птахів, ультразвук кажанів), світла та кольору (яскраве забарвлення квіток для приваблення запилювачів), механічних дотиків або теплового випромінювання.

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 знайти такі аналогії з ознаками живих об’єктів:

• Самовідтворення: здатність створювати власні копії та заражати нові програми чи файли.
• Мінливість та еволюція: використання самозмінних алгоритмів (поліморфних кодів) для адаптації та обходу антивірусного захисту.
• Залежність від середовища хазяїна: комп’ютерний вірус не функціонує без операційної системи та ресурсів комп’ютера, подібно до біологічних вірусів, які є інертними поза клітиною.
  Водночас комп’ютерні віруси не є живими істотами, бо не мають хімічного складу на основі органічних речовин, обміну речовин та енергії.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

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

До основних ознак, що відрізняють живі системи від неживих об’єктів, належать:

• Єдність хімічного складу (наявність білків, нуклеїнових кислот, ліпідів та вуглеводів).
• Обмін речовин та енергії із навколишнім середовищем.
• Здатність до саморегуляції та збереження сталості внутрішнього середовища.
• Здатність до самовідтворення (розмноження).
• Здатність до росту та розвитку.
• Подразливість (сприйняття сигналів і відповідь на них).
• Спадковість і мінливість.
• Здатність до еволюційного розвитку.

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

Здатність органічних речовин утворювати чисельні ізомери (зокрема оптичні ізомери завдяки хіральності) має таке значення:

• Забезпечує величезне різноманіття органічних сполук із різними властивостями при однаковому якісному й кількісному складі.
• Забезпечує високу специфічність ферментів, які розпізнають лише один конкретний просторовий ізомер речовини (наприклад, у живих організмах засвоюються тільки «праві» ізомери моносахаридів і «ліві» ізомери амінокислот).
• Уможливлює точну молекулярну самозбірку та взаємодію клітинних структур за принципом ключ-замок.

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

Усередині живих систем інформація може передаватися у молекулярно-генетичній, хімічній, електричній та фізичній формах. Молекулярно-генетична форма здійснюється через кодування та матричний синтез нуклеїнових кислот і білків (передача спадкової інформації від ДНК до РНК та білка під час реплікації, транскрипції й трансляції). Хімічна (гуморальна) форма реалізується за допомогою сигнальних речовин, таких як гормони, нейромедіатори та ферменти, що передають сигнали між клітинами й органами. Електрична форма характерна для нервової системи у вигляді нервових імпульсів, що швидко поширюються мембранами нейронів. На рівні організмів та екосистем інформація передається у вигляді фізичних сигналів: звукових хвиль, світлових спалахів (біолюмінесценція), механічних коливань та зорових образів.

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

Потік енергії та колообіг речовин забезпечують існування й самовідновлення живих систем, оскільки всі організми є відкритими системами. Потік енергії (передусім сонячної, що засвоюється автотрофами) дає змогу здійснювати синтез органічних сполук, підтримувати структуру клітин, виконувати механічну й транспортну роботу, а також зберігати динамічну рівновагу. Колообіг речовин забезпечує багаторазове використання хімічних елементів (Карбону, Оксигену, Нітрогену, Гідрогену, Фосфору) в біосфері через ланцюги живлення, запобігаючи виснаженню ресурсів і гарантуючи безперервність існування життя.

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

Еволюційний процес притаманний усім формам життя, тому що кожна жива система має дві фундаментальні властивості — спадковість та мінливість. Під час самовідтворення живих систем (від вірусів і бактерій до багатоклітинних організмів) виникають мутації та рекомбінації генетичного матеріалу, що створює різноманітність ознак. На ці зміни впливають умови навколишнього середовища та природний добір, у результаті чого виживають і залишають нащадків більш пристосовані особини. Навіть неклітинні форми життя, такі як віруси, постійно еволюціонують, мутуючи та утворюючи нові штами у відповідь на захисні реакції організмів-хазяїв.

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

Експериментально дослідити механізми еволюції можна за допомогою лабораторного моделювання на мікроорганізмах із коротким життєвим циклом, наприклад, на бактеріях кишечної палички (E. coli).

План експерименту:

1. Створити декілька ізольованих популяцій бактерій із єдиного вихідного колоніального штаму.
2. Помістити контрольну групу в стандартні поживні умови, а дослідні групи — у середовища з додаванням стресового фактора (наприклад, із поступовим підвищенням температури або збільшенням концентрації антибіотика).
3. Культивувати популяції протягом багатьох тисяч поколінь.
4. Періодично проводити секвенування геному та фенотипові тести, щоб фіксувати появу нових корисних мутацій, оцінювати їхню частоту й аналізувати швидкість адаптації популяції до нових умов середовища.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

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

• Усі живі системи є відкритими і можуть існувати лише за умови постійного обміну речовинами, енергією та інформацією з навколишнім середовищем.
• Для біологічних систем характерна хіральність: у метаболізмі беруть участь тільки «ліві» ізомери амінокислот і «праві» ізомери моносахаридів.
• Навіть неклітинні форми життя, такі як віруси, здатні самовідтворюватися в клітинах-хазяях та підпорядковуються законам еволюції через мутації й рекомбінації.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…
Я став більш обізнаним щодо того, як просторова орієнтація та хіральність молекул впливають на високу ефективність роботи білків-ферментів у живих організмах.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Під час вивчення матеріалу було складно розібратися з поняттям хіральності та оптичних ізомерів, але детальний розгляд схем у підручнику та повторне читання пояснень допомогли повністю зрозуміти цю тему.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Отримані знання допоможуть мені краще розуміти важливість збалансованого харчування для обміну речовин, а також пояснювати механізми виникнення нових штамів вірусів та правильне застосування противірусних препаратів.