Организация живой материи
Мир живой природы представляет собой совокупность разнообразных живых систем различной сложности. В свою очередь, каждая биосистема (как любая система) представляет собой совокупность связанных в единое целое элементов (компонентов), выполняющих определенные функции. Взаимосвязи таких элементов выражает структура системы, которая может быть сложной или относительно простой.Живой материи Земли свойственна системная организация. Взаимодействуя со средой, живые системы адаптируются к ней, приобретают специфические свойства, но сохраняют свою целостность и определенный уровень сложности. Так, биосфера как биосистема очень многокомпонентна, поскольку состоит из таких подсистем, как биогеоценозы, виды и популяции, а они состоят из организмов. Но и организмы весьма сложны, даже одноклеточные. Поэтому в середине XX века различными учеными были предприняты попытки создать классификацию всего многообразия биосистем. В 60-е годы XX века уже сложилось представление о структурных уровнях организации жизни.
Сообщества
Биологическое значение слова сообщества определяется как несколько взаимодействующих популяций разных видов, которые занимают одну и ту же территорию. Некоторые отношения внутри сообщества взаимовыгодны, а некоторые нет. В сообществе существуют отношения хищник-жертва и паразитизм. Это два типа взаимодействий, которые полезны только для одного вида. Независимо от того, являются ли взаимодействия полезными или вредными для разных видов, все они каким-то образом движут процесс эволюции.
Поскольку один вид адаптируется и развивается в взаимодействии, другой должен также адаптироваться и развиваться, чтобы сохранить отношения устойчивыми. Эта коэволюция (совместная эволюция) видов помогает сохранить отдельные виды живыми по мере изменения окружающей среды. Естественный отбор может выбрать благоприятную адаптацию, коротая будет передаваться из поколения в поколение.
1.3. Уровни организации живой природы
Уровни организации живых систем отражают соподчиненность, иерархичность структурной организации жизни; отличаются друг от друга сложностью организации системы (клетка устроена проще по сравнению с многоклеточным организмом или популяцией).
Уровень жизни – это форма и способ ее существования (вирус существует в виде молекулы ДНК или РНК, заключенной в белковую оболочку – форма существования вируса. Однако свойства живой системы вирус проявляет, только попав в клетку другого организма, где он размножается – способ его существования).
| Уровни организации | Биологи-ческая система | Компоненты, образующие систему | Основные процессы |
| 1.Молекулярно-генетический уровень | Молекула | Отдельные биополимеры (ДНК, РНК, белки, липиды, углеводы и др.); | На этом уровне жизни изучаются явления, связанные с изменениями (мутациями) и воспроизведением генетического материала, обменом веществ. |
| 2.Клеточный | Клетка | Комплексы молекул химических соединений и органоиды клетки | Синтез специфических органических веществ; регуляция химических реакций; деление клеток; вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы |
| 3.Тканевый | Ткань | Клетки и межклеточное вещество | Обмен веществ; раздражимость |
| 4.Органный | Орган | Ткани разных типов | Пищеварение; газообмен; транспорт веществ; движение и др. |
| 5. Организменный | Организм | Системы органов | Обмен веществ; раздражимость; размножение; онтогенез. Нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности. Обеспечение гармоничного соответствия организма его среде обитания |
| 6. Популяционно-видовой | Популяция | Группы родственных особей, объединенных определенным генофондом и специфическим взаимо-действием с окружающей средой | Генетическое своеобразие; взаимодействие между особями и популяциями; накопление элементарных эволюционных преобразований; выработка адаптации к меняющимся условиям среды |
| 7.Биогеоцено-тический | Биогеоценоз | Популяции разных видов; факторы среды; пространство с комплексом условий среды обитания | Биологический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь; подвижное равновесие между живым населением и абиотической средой; обеспечение живого населения условиями обитания и ресурсами |
| 8.Биосферный | Биосфера | Биогеоценозы и антропогенное воздействие | Активное взаимодействие живого и неживого (косного) вещества планеты; биологический глобальный круговорот; активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы |
Часть А
А1. Уровень, на котором изучаются процессы биогенной миграции атомов, называется:
1) биогеоценотический 2) биосферный3) популяционно-видовой
4) молекулярно-генетический
А2. На популяционно-видовом уровне изучают:
1) мутации генов2) взаимосвязи организмов одного вида3) системы органов
4) процессы обмена веществ в организме
А3. Поддержание относительного постоянства химического состава организма называется
1) метаболизм 2) ассимиляция 3) гомеостаз
4) адаптация
А4. Возникновение мутаций связано с таким свойством организма, как
1) наследственность 2) изменчивость 3) раздражимость
4) самовоспроизведение
А5. Какая из перечисленных биологических систем образует наиболее высокий уровень жизни?
1) клетка амебы 2) вирус оспы 3) стадо оленей
4) природный заповедник
А6. Отдергивание руки от горячего предмета – это пример
1) раздражимости 2) способности к адаптациям3) наследования признаков от родителей
4) саморегуляции
А7. Фотосинтез, биосинтез белков – это примеры
1) пластического обмена веществ 2) энергетического обмена веществ3) питания и дыхания
4) гомеостаза
А8. Какой из терминов является синонимом понятия «обмен веществ»?
1) анаболизм 2) катаболизм 3) ассимиляция
4) метаболизм
Часть В
В1. Выберите процессы, изучаемые на молекулярно-генетическом уровне жизни:
1) репликация ДНК 2) наследование болезни Дауна3) ферментативные реакции 4) строение митохондрий5) структура клеточной мембраны
6) кровообращение
В2. Соотнесите характер адаптации организмов с условиями, к которым они вырабатывались
Часть С
С1. Какие приспособления растений обеспечивают им размножение и расселение?
С2. Что общего и в чем заключаются различия между разными уровнями организации жизни?
Одноклеточные и многоклеточные
Все организмы по своей структуре делятся на два типа:
- одноклеточные – состоят из одной клетки;
- многоклеточные – состоят из множества взаимосвязанных клеток.
Одноклеточные организмы ограничены оболочкой, под которой находится цитоплазма с органоидами – функциональными частицами клеток. Одноклеточные организмы схожи по строению и функциям с клетками многоклеточных организмов. Однако могут самостоятельно передвигаться и вести свободный образ жизни.
Представители одноклеточных организмов:
- растения (эукариоты) – хламидомонада, хлорелла, эвглена зеленая;
- животные (эукариоты) – амёба, инфузории;
- бактерии (прокариоты) – кишечная палочка, кокки.
Рис. 2. Одноклеточные организмы.
Многоклеточные – более сложно организованные организмы. Наиболее примитивные – губки, самые сложные – млекопитающие.
Рис. 3. Многоклеточные организмы.
В отличие от одноклеточных многоклеточные организмы имеют больше уровней организации. Однако вне зависимости от сложности строения все организмы взаимодействуют со средой на биогеоценотическом и биосферном уровнях.
Литература
- Пономарёва И. Н., Корнилова О. А., Лощилина Т. Е. Биология 10 класс. Базовый уровень. — 2-е изд., перераб. — М.: Вента-Граф, 2007. — С. 10—11, 217. — 224 с. — 15 000 экз. — ISBN 978-5-360-00429-5.
- Коллектив авторов Института истории естествознания и техники АН СССР. Развитие концепции структурных уровней в биологии.. — М.: Наука, 1972. — 427 с. — 10 000 экз.
- Пономарёва И. Н., Корнилова О. А., Лощилина Т. Е., Ижевский П. В. Биология 11 класс. Базовый уровень. — 2-е изд., перераб. — М.: Вента-Граф, 2007. — 240 с. — 25 000 экз. — ISBN 978-5-360-00237-6.
- Пепеляева О. А., Сунцова И. В. Приложение 1 // Поурочные разработки по общей биологии: 9 класс. — М.: Вако, 2009. — С. 292—293. — 464 с. — (В помощь школьному учителю). — 10 000 экз. — ISBN 978-5-94665-822-5.
Значение организменного уровня в природе
Значение организменного уровня в природе выражается прежде всего в том, что на этом уровне возникла основная дискретная живая единица – организм, характеризующаяся самоподдержанием своей структуры, самовозобновленнием, активно реагирующая на внешнее воздействие и взаимодействующая с другими организмами, способная реализовывать генетические возможности популяций и видов в зависимости от условий внешней среды.
Именно на организменном уровне живой материи впервые появились процессы, выражающие сущность жизни: общение между особями внутри одного вида и с другими видами; газообмен как процесс дыхания; управление физиологическими процессами посредством гуморальной и нервной систем.
На организменном уровне впервые появляются процессы оплодотворения и индивидуального развития особи как реализация наследственной информации, заключенной в хромосомах, которая оценивается естественным отбором, определяющим жизнеспособность этой особи. Организмы служат выразителями наследственных свойств популяций и видов. Именно организмы определяют успех или неудачу популяции в борьбе за ресурсы внешней среды. Поэтому они являются непосредственными участниками всех микропопуляционных процессов. В организмах накапливаются новые свойства вида и на них проявляет свое действие отбор, оставляя более приспособленных и выбраковывая других.
На организменном уровне проявляется двунаправленность жизни каждого организма. С одной стороны, это определенный лимит возможности организма (особи), ориентированной на выживание и размножение. С другой стороны, это стремление к обеспечению как можно более длительного существования его (ее) популяции и вида, иногда в ущерб жизни самого организма
В этом проявляется важное эволюционное значение организменного уровня в природе
Нельзя забывать, что благодаря постоянству своей внутренней среды организм создал в биосфере особую среду жизни – биотическую, в которой он выступает в качестве хозяина, обеспечивающего проживание многих других организмов. В нем и на нем поселяются и находят средства к жизни (пищу и укрытие) огромное количество всевозможных паразитов, комменсалов и полезных симбионтов (бактерии, грибы, вирусы, животные, растения).
Необходимо отметить также, что организмы, участвуя в цепях питания для поддержания процессов своей жизнедеятельности (в целях выживания), активно включаются в биологический круговорот и трансформацию энергии в биогеоценозах. В этом выражается глобальная роль организмов (автотрофов и гетеротрофов) и в целом организменного уровня жизни в поддержании структуры и устойчивости биосферы.
Значение молекулярного уровня жизни
На молекулярном уровне осуществляется важнейший процесс жизни – превращение лучистой энергии Солнца в химическую, запасаемую в химических связях органических соединений. Энергия, ассимилированная органическими веществами в макроэргических связях АТФ, становится биологически доступной для всех живых организмов, особенно для гетеротрофов.
На молекулярном уровне жизни происходит включение всевозможных химических элементов Земли в различные соединения, участвующие в обменных процессах живых организмов. Именно на этой ступени организации живой материи из внутриклеточных элементов (химических веществ) возникают молекулярные комплексы, «работающие» совместно как биологические системы, обеспечивающие синтез сложных и значимых биологических молекул живого вещества, из которых затем в клетке образуется важнейшие надмолекулярные структуры: цитоплазма, биологическая мембрана, ядро и органоиды, антенные комплексы в хлоропластах, ферментные комплексы, электрон-транспортные цепи и др. Существуют биосистемы обеспечения биохимических процессов необходимой энергией – преобразующие и запасающие солнечную энергию, способствующие высвобождению запасенной энергии путем расщепления органических веществ.
Преобразование солнечной энергии, создание живого вещества, кодирование информации, обеспечение генетической преемственности и устойчивости молекулярных структур в поколениях, упорядоченность физико-химических процессов – основная роль молекулярного уровня жизни в биосфере.
Наличие в живой материи молекулярных комплексов, осуществляющих определенные высокоупорядоченные биохимические процессы – биосинтез белков, гликолиз (в цитоплазме), клеточное дыхание (в митохондриях), фотосинтез (в хлоропластах), позволяет судить о наличии в живой материи биологических систем не только клеточного, но и молекулярного уровня жизни.
Структурные уровни организации живого
Жизнь на Земле возникла путем эволюции и может существовать только в виде различных биосистем. Становление и развитие живого вещества в процессе эволюции включало в себя появление не только дискретных носителей жизни (вначале молекулярных систем, затем клеток и многоклеточных организмов), но и возникновение надорганизменных систем: популяций и видов, биогеоценозов и целостной биосферы. Все они обеспечивают процесс самовоспроизведения и взаимообеспечения жизни в рамках биогенного круговорота веществ.
Критерием для выделения различных структурных уровней главным образом служит степень сложности структуры биосистем, возникшая в процессе исторического развития материи. Учитывая это и особенности проявления свойств жизни, выделяют шесть основных структурных уровней организации: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный (рис. 12). Рис. 12. Структурные уровни организации живой природы: 1 — молекулярный; 2 — клеточный; 3 — организменный; 4 — популяционно-видовой; 5 — биогеоценотический; 6 — биосферный
Особенности основных структурных уровней организации жизни, их компоненты и свойственные им процессы описаны ниже.
Молекулярный уровень организации жизни. Представлен разнообразными молекулярными комплексами, находящимися в живой клетке (биомембрана, цепи переноса электронов, хроматин, фотохимические системы и др.). Компонентами молекулярного уровня являются молекулы неорганических и органических соединений и гены. Основные процессы: Объединение молекул в особые комплексы. Осуществление физико-химических реакций в упорядоченном виде. Копирование ДНК, кодирование и матричная передача генетической информации. Все эти процессы осуществляются только внутри живой клетки.
Клеточный уровень биосистем представлен свободно живущими клетками и клетками, входящими в многоклеточные организмы. Компонентами являются комплексы молекул химических соединений и органоиды клетки. Процессы: Синтез органических веществ (биосинтез, фотосинтез), пластический и энергетический обмен. Регуляция внутриклеточных процессов. Деление клеток. Вовлечение химических элементов Земли в энергии Солнца и биосистемы.
Организменный уровень живого представлен одноклеточными и многоклеточными организмами всех царств живой природы. Компонентом является клетка как основной структурный компонент организма. Из клеток образованы ткани и органы многоклеточного организма. Процессы: Обмен веществ, раздражимость, размножение, онтогенез. Изменчивость и передача наследственной информации потомкам. Обеспечение непрерывности жизни. Обеспечение гармонического соответствия организма среде его обитания.
Популяционно-видовой уровень организации живого представлен огромным разнообразием видов с их популяциями, обеспечивающими более полное использование условий среды в ареале вида. Компонентами популяционно-видового уровня являются группы родственных особей, объединенных определенным генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой. Основные процессы: Поддержание устойчивости генофонда и возможности его изменчивости. Накопление элементарных эволюционных преобразований. Осуществение микроэволюции. Выработка адаптаций к изменяющейся среде. Видообразование. Увеличение биоразнообразия и усложнение форм приспособленности.
Биогеоценотический уровень жизни представлен разнообразием естественных и культурных биогеоценозов во всех средах жизни. Компонентами являются популяции различных видов. Факторы среды. Пищевые сети, потоки веществ и энергии. Процессы на биогеоценотическом уровне: Круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь. Подвижное равновесие между живым населением и абиотической средой. Обеспечение живого населения условиями обитания как ресурсами жизни (питанием и жильем, укрытием и пр.)
Биосферный уровень организации жизни представлен высшей глобальной формой организации биосистем — биосферой. Компонентами являются биогеоценозы и антропогенное воздействие (по Вернадскому: живое, косное и биокосное вещество). Процессы: активное взаимодействие живого и неживого (косного) вещества планеты. Биологический глобальный круговорот. Активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы в виде хозяйственной и этнокультурной деятельности.
Отличие живого от неживого
Живым считалось все то, что растет , дышит, передвигается, питается, рождается и умирает
.
Затем появились более профессиональные определения свойств живых организмов:
- Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой.
Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах. - Живые организмы получают энергию из окружающей среды [гланым образом — с помощью дыхания?],
используя ее на поддержание своей высокой упорядоченности.
Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию.
Кроме того, живые объекты осуществляют обмен веществ с окружающей средой. - Живые организмы активно реагируют на окружающую среду
[сначала ощущением, потом — движением от/к, включением в себя, соединением с, изменением себя или вокруг…].
Способность реагировать на внешние раздражения – универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных.
[Ощущение — главная загадка живого; это — начало души.] - Живые организмы не только изменяются , но и усложняются.
-
Все живое размножается. Эта способность к самовоспроизведению, пожалуй, самая поразительная способность живых организмов.
Причем потомство и похоже, и в то же время чем-то отличается от родителей.
В этом проявляется действие механизмов наследственности и изменчивости, определяющих эволюцию всех видов живой природы.Сходство потомства с родителями обусловлено ещё одной замечательной особенностью живых организмов –
передавать потомкам заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размножения.
Эта информация содержится в генах –
единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах.
Генетический материал определяет направление развития организма. -
- Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни.
- Живое способно к саморегуляции. Живая система работает против возрастания энтропии.
Однако, все эти признаки живого в упрощенных формах можно обнаружить и в неживом.
А наиболее яркими признаками живого являются, пожалуй, следующие:
- Стремление к независимости от изменяющейся внешней среды.
- Размножение и экспансия.
- Неравновесность состояния. Обмен веществ. Стремление преобразовать и окружающую среду.
- Способность к регенерации. Возрастание устойчивости.
Из совокупности этих признаков вытекает следующее обобщенное определение сущности живого:
жизнь есть форма существования сложных, открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению.
Важнейшими функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые кислоты.
Опережающее отражение живых организмов — ещё одна их отличительная черта
|
Анализ проблем происхождения и развития жизни с позиций теории функциональных систем Как условие, определившее возможность появления жизни, П.К.Анохин рассматривал существование «предбиологических систем». Тела косной природы реагируют, отвечают реакциями на внешние воздействия. Что же касается живого организма, то, если рассматривать его не как физическое тело, а как целостный индивид, Опережающее отражение действительности — свойство живых организмов опережать во времени и пространстве Эксперименты Бенджамина Либета показывают, что бессознательные электрические процессы в головном мозге, |
Анохин П.К. Опережающее отражение действительности. – Вопросы философии. 1962, № 7, с. 175.
Индивидуум
Индивидуум определяется как единый живой организм. У отдельной особи есть своя внутренняя иерархия жизни (клетки, ткани, органы, системы органов и животное), но она является наименьшей единицей внешней иерархии жизни в биосфере. Индивидуум не может развиваться. Чтобы эволюционировать, вид должен подвергаться адаптации и размножатся.
Для естественного отбора необходимо более одного набора аллелей, доступных в генофонде. Поэтому индивиды, у которых не более одного набора генов, не могут развиваться. Тем не менее, они способны адаптироваться к своей среде обитания, чтобы получить больше шансов на выживание, даже если окружающая среда изменится. Если приспособления находятся на молекулярном уровне в их ДНК, тогда они способны передать эти адаптации своему потомству, в надежде, что оно будет жить дольше, чтобы передать эти «удачные» черты дальше.
