Онтогенетический уровень живых систем

В настоящее время считают, что онтогенетический уровень охватывает все отдельные одноклеточные и многоклеточные живые организмы, а раньше чаще всего его рассматривали как уровень, включающий только многоклеточные организмы. Сам термин «онтогенез» ввел в науку известный немецкий биолог Э. Геккель, автор знаменитого биогенетического закона, соглас­но которому онтогенез в краткой форме повторяет филогенез. Это означает, что отдельный организм в своем индивидуальном развитии в сокращенной форме повторяет историю рода.

Поскольку минимальной самостоятельной живой системой можно считать клетку, постольку изучение онтогенетического уровня следует начать именно с клетки. В зависимости от харак­тера структуры и функционирования все клетки можно разделить на два класса:

- прокариоты - клетки, лишенные ядер;

- эукариоты, появившиеся позднее клетки, содержащие ядра.

При более глубоком исследовании оказалось, что эти два класса клеток обладают существенными различиями в структуре и функционировании генетического аппарата, строении клеточ­ных стенок и мембранных систем, характере механизмов синте­за белков и т.п.

Соответственно тому, из каких клеток построены живые сис­темы, их можно разделить на две обширные группы или два жи­вых царства. К первому принадлежат многочисленные виды та­ких одноклеточных организмов, как бактерии, сине-зеленые водоросли, грибы и др. Все остальные одноклеточные, а тем более находилась в ином состоянии, нежели многоклеточные организмы, начиная от низших и кончая высшими, построены из позднее возникших эукариотных клеток. Эту классификацию пришлось, однако, пересмотреть после открытия архебактерий, особенность которых состоит в том, что их клетки в чем-то сход­ны, с одной стороны, с прокариотами, а с другой - с эукариота-ми. На этом основании в настоящее время различают три типа онтогенетического уровня организации живых систем, которые представляют собой три линии развития живого мира: 1) прока­риоты, или эубактерии; 2) эукариоты и 3) архебактерии.

По-видимому, эти три линии развития исходят из единой первичной минимальной живой системы, которую можно назы­вать протоклеткой. Предполагают, что она обладала всеми основными свойствами, характерными для живых организмов. К ним относят прежде всего способность к обмену с окружающей средой - признак, присущий всем открытым системам. С нею непосредственно связана способность протоклетки к метабо­лизму, т.е. осуществлению биохимических реакций, сопровож­дающихся усвоением необходимых для роста клетки веществ и удалением использованных продуктов реакций. Дальнейшее функционирование и развитие клетки предполагает также нали­чие у нее способности к делению и почкованию. К этим призна­кам многие исследователи добавляют дополнительные свойст­ва, но все ученые признают, что протоклетка отнюдь не была какой-то бесструктурной массой, а представляла собой доста­точно организованную целостность, которую можно охарактери­зовать как первичную живую тотему. Предполагают также, что протоклетка по важнейшим своим структурно-функциональным свойствам не была подобна современным одноклеточным про­кариотам, а обладала некоторыми признаками, аналогичными свойствам эукариотных клеток.

По вопросу происхождения эукариотных клеток существуют две основные гипотезы. Сторонники аутогенной гипотезы счита­ют, что такие клетки могли возникнуть путем дифференциации и усложнения слабо структурированных клеточных образований, подобных прокариотам. Защитники другой, симбиотической, ги­потезы полагают, что эукариотные клетки образовались путем симбиоза нескольких прокариотных клеток, геномы которых вне­дрились в клетку-хозяина, причем, по одной версии, они способ­ствовали постепенному превращению последней в эукариотную клетку (рис.4.1), а по другой - она уже обладала некоторыми

свойствами эукариотов.

Рис.4.1. Современная схема строения эукариотической живой клетки. Видно расположение различных клеточных компонентов

Структурный подход к анализу первичных живых систем на онтогенетическом уровне, о котором шла речь выше, нуждается в дополнительном освещении функциональных особенностей их жизнедеятельности и обмена веществ. Среди них особого вни­мания заслуживает исследование трофических, или пищевых, потребностей организмов. Для этого необходимо проследить ваимоотношения организмов с окружающей средой в рамках соответствующей экологической системы. Именно поэтому изу­чение структуры и основных типов питания уже давно привлека­ло внимание ученых. Они выделили прежде всего два главных типа питания.

К автотрофному типу относились организмы, кото­рые не нуждались в органической пище и могли жить либо за счет ассимиляции углекислоты (бактерии), либо фо­тосинтеза (растения). Ко второму, гетеротрофному,

типу принадлежали все организмы, которые не могли жить без органической пищи.

По вопросу о том, какой тип питания возник в начале ста­новления живых систем, мнения расходятся. Одни ученые не без основания полагают, что сначала появился автотрофный тип, поскольку сложные органические вещества, необходимые для гетеротрофного питания, могли образоваться лишь после того, как автотрофные организмы создали для этого необходимые условия. Другие исследователи считают, что гетеротрофное пи­тание появилось раньше автотрофного. Такого допущения, в частности, придерживается в своей гипотезе происхождения жизни А.И. Опарин, полагая, что уже первичный «бульон», в ко­тором зародилась жизнь, содержал органические соединения как питательную среду для дальнейшего развития.

Первоначальная простая классификация основных типов питания и разделения организмов на автотрофов и гипертрофов в дальнейшем подверглась изменениям и уточнениям, в которых выявлялись такие важные факторы, как способность организмов синтезировать необходимые вещества для роста (витамины, гормоны и специфические ферменты), обеспечивать себя энер­гией, источниками получения углерода, азота и водорода; зави­симость от экологической среды и т.п. Таким образом, сложный и дифференцированный характер трофических потребностей ор­ганизмов свидетельствует о необходимости целостного, систем­ного подхода к изучению живых систем и на онтогенетическом уровне. Такая целостность, взаимосвязь и взаимодействие вы­ступают в общей форме функциональной системности, которая находит выражение в согласованном функционировании различ­ных компонентов одноклеточных и многоклеточных организмов. При этом отдельные компоненты содействуют и способствуют согласованному функционированию других, обеспечивая тем самым единство и целостность в осуществлении всех процессов жизнедеятельности всего организма. Подобная функциональная системность в специфических формах выступает и на других уровнях организации живых организмов.