Самый высший уровень организации жизни. Уровни организации живого
Биосфера и человек, структура биосферы.
Биосфе́ра - оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «плёнка жизни»; глобальная экосистема Земли.
Границы биосферы:
· Верхняя граница в атмосфере: 15-20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.
· Нижняя граница в литосфере: 3,5-7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.
· Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10-11 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.
Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы. Эта постоянная взаимосвязь получила название закона бумеранга, или закона обратной связи взаимодействия человек – биосфера.
Для того, чтобы скорректировать поведение человека в отношении природы, Б. Коммонером были сформулированы четыре закона, которые, с точки зрения Реймерса
1 – всё связано со всем
2 – все должно куда-то деваться
3 – природа знает лучше
4 – ничто не дается даром
Структура биосферы:
· Живое вещество - вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4…3,6·1012 т (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (ок. 3·1018 т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.
· Биогенное вещество - вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.
· Косное вещество - продукты, образующиеся без участия живых организмов.
· Биокосное вещество - вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.
· Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.
· Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.
· Вещество космического происхождения.
Уровни организации жизни.
Уровни организации жизни- иерархически соподчинённые уровни организации биосистем, отражающие уровни их усложнения. Чаще всего выделяют семь основных структурных уровней жизни: молекулярный, клеточный,органно-тканевой, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный. В типичном случае каждый из этих уровней является системой из подсистем нижележащего уровня и подсистемой системы более высокого уровня.
1) Молекулярный уровень организации жизни
Представлен разнообразными молекулами, находящимися в живой клетке (Объединение молекул в особые комплексы, кодирование и передача генетической информации)
2) Тканевый уровень организации жизни
Тканевый уровень представлен тканями, объединяющими клетки определённого строения, размеров, расположения и сходных функций. Ткани возникли в ходе исторического развития вместе с многоклеточностью.. У животных различают несколько типов тканей (эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная). У растений различают меристематическую, защитную, основную и проводящую ткани. На этом уровне происходит специализация клеток.
3) Органный уровень организации жизни
Органный уровень представлен органами организмов. У простейших пищеварение, дыхание, циркуляция веществ, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счёт различных органелл. У более совершенных организмов имеются системы органов. У растений и животных органы формируются за счёт разного количества тканей.
4) Организменный (онтогенетический) уровень организации жизни
Представлен одноклеточными и многоклеточными организмами растений, животных, грибов и бактерий.Клетка - основной структурный компонент организма.
5) Популяционно-видовой уровень организации жизни
Представлен в природе огромным разнообразием видов и их популяций.
6) Биогеоценотический уровень организации жизни
Представлен разнообразием естественных и культурных биогеоценозов во всех средах жизни.
7) Биосферный уровень организации жизни
Представлен высшей, глобальной формой организации биосистем - биосферой.
3. Распространенность и роль живого вещества на планете.
Живые организмы, регулируют круговорот веществ, служат мощным геологическим фактором, образующим поверхность Земли.
Организм человека находится в постоянном взаимодействии с абиотическими и биотическими факторами окружающей среды, которая влияет на него и изменяет его. Происхождение человека интересует науку уже давно, и теории его происхождения различны. Это и то, что человек произошел из маленькой клетки, которая постепенно, образуя колонии клеток себе подобных, стала многоклеточной и в процессе длительного хода эволюции превратилась в человекоподобную обезьяну, и которая благодаря труду стала человеком.
Понятие уровней организации организма человека
В процессе обучения в общеобразовательной средней школе на уроках биологии изучение живого организма начинается с изучения растительной клетки и ее компонентов. Уже в старших классах на уроках школьникам задают вопрос: «Назовите уровни организации организма человека». Что это такое?
Под понятием "уровни организации организма человека" принято понимать его иерархическое строение от маленькой клетки до организменного уровня. Но этот уровень - не предел, и его завершает уже надорганизменный порядок, который включает в себя популяционно-видовой и биосферный уровни.
Выделяя уровни организации организма человека, следует подчеркнуть их иерархию:
- Молекулярно-генетический уровень.
- Клеточный уровень.
- Тканевый уровень.
- Органный уровень
- Организменный уровень.
Молекулярно-генетический уровень
Изучение молекулярных механизмов позволяет охарактеризовать его такими компонентами, как:
- носители генетической информации - ДНК, РНК.
- биополимеры, это белки, жиры и углеводы.
На этом уровне выделяют структурным элементом гены и их мутации, которые определяют изменчивость на организменном и клеточном уровне.
Молекулярно-генетический уровень организации организма человека представлен генетическим материалом, который закодирован в цепочке ДНК и РНК. Генетическая информация отражает такие важные составляющие организации жизни человека, как заболеваемость, обменные процессы, тип конституции, гендерную составляющую и индивидуальные признаки человека.
Молекулярный уровень организации организма человека представлен обменными процессами, которые состоят из ассимиляции и диссимиляции, регуляции обмена веществ, гликолиза, кроссинговера и митоза, мейоза.
Свойство и строение молекулы ДНК
Основными свойствами генов являются:
- конвариантная редупликация;
- способность к локальным структурным изменениям;
- передача наследственной информации на внутриклеточном уровне.
Молекула ДНК состоит из пуриновых и пиримидиновых оснований, которые соединены по принципу водородных связей между собой и для их соединения и разрыва требуется ферментная ДНК-полимераза. Конвариантная редупликация происходит по матричному принципу, который обеспечивает их соединение по остатку азотистых оснований гуанина, аденина, цитозина и тимина. Этот процесс происходит за 100 секунд, и за это время успевает собраться 40 тыс. пар нуклеотидов.
Клеточный уровень организации
Изучение клеточного строения организма человека поможет понять и охарактеризовать клеточный уровень организации организма человека. Клетка является структурным компонентом и состоит из элементов периодической системы Д. И. Менделеева, из которых наиболее преобладающими являются водород, кислород, азот и углерод. Остальные элементы представлены группой макроэлементов и микроэлементов.
Структура клетки
Клетка открыта была Р. Гуком в XVII веке. Основными структурными элементами клетки являются цитоплазматическая мембрана, цитоплазма, органоиды клетки и ядро. Цитоплазматическая мембрана состоит из фосфолипидов и белков как структурных компонентов для обеспечения клетки порами и каналами для осуществления обмена веществ между клетками и поступления, выведения веществ из них.
Клеточное ядро
Ядро клетки состоит из ядерной оболочки, ядерного сока, хроматина и ядрышек. Ядерная оболочка выполняет формообразующую и транспортную функцию. Ядерный сок содержит белки, которые участвуют в синтезе нуклеиновых кислот.
- хранение генетической информации;
- воспроизведение и передача ;
- регуляция деятельности клетки в ее жизнеобеспечивающих процессах.
Цитоплазма клетки
Цитоплазма состоит из органелл общего назначения и специализированных. Органеллы общего назначения разделяются на мембранные и немембранные.
Основной функцией цитоплазмы является постоянство внутренней среды.
Мембранные органеллы:
- Эндоплазматическая сеть. Основными ее задачами является синтез биополимеров, внутриклеточный транспорт веществ, является депо ионов Ca+.
- Аппарат Гольджи. Синтезирует полисахариды, гликопротеиды, участвуют в синтезе белка после выхода его из эндоплазматической сети, осуществляет транспорт и ферментацию секрета в клетке.
- Пероксисомы и лизосомы. Переваривают поглощенные вещества и расщепляют макромолекулы, нейтрализуют токсические вещества.
- Вакуоли. Хранение веществ, продуктов обмена.
- Митохондрии. Энергетические и дыхательные процессы внутри клетки.
Немембранные органеллы:
- Рибосомы. Синтезируют белки при участии РНК, которая переносит из ядра генетическую информацию о строении и синтезе белка.
- Клеточный центр. Участвует в делении клеток.
- Микротрубочки и микрофиламенты. Осуществляют поддерживающую функцию и сократительную.
- Реснички.
Специализированные органеллы - это акросома сперматозоида, микроворсинки тонкой кишки, микротрубочки и микрореснички.
Теперь на вопрос: «Охарактеризуйте клеточный уровень организации организма человека», можно смело перечислить компоненты и их роль в организации строения клетки.
Тканевый уровень
В организме человека нельзя выделить уровень организации, в котором не присутствовала бы какая-либо ткань, состоящая из специализированных клеток. Ткани складываются из клеток и межклеточного вещества и по своей специализации их подразделяют на:
- Нервная. Осуществляет интеграцию внешней и внутренней среды, регулирует процессы обмена веществ и высшую нервную деятельность.
Уровни организации организма человека переходят плавно друг в друга и образуют целостный орган или систему органов, которые выстилают множество тканей. Например, желудочно-кишечный тракт, который имеет трубчатое строение и состоит из серозного, мышечного и слизистого слоя. Кроме этого, он имеет питающие его кровеносные сосуды и нервно-мышечный аппарат, которым управляет нервная система, также множество ферментных и гуморальных систем управления.
Органный уровень
Все уровни организации организма человека, перечисленные ранее, являются компонентами органов. Органы выполняют специфические функции по обеспечению в организме постоянства внутренней среды, обмена веществ и образуют системы соподчиненных ей подсистем, которые выполняют определенную функцию организме. Например, дыхательная система состоит из легких, дыхательных путей, дыхательного центра.
Уровни организации организма человека как единое целое представляют собой интегрированную и полностью самообеспечивающуюся систему органов, образующую организм.
Организм как единое целое
Объединение систем и органов образуют организм, в котором осуществляется интеграция работы систем, обмен веществ, рост и размножение, пластичность, раздражимость.
Интеграция существует четырех видов: механическая, гуморальная, нервная и химическая.
Механическая интеграция осуществляется межклеточным веществом, соединительной тканью, вспомогательными органами. Гуморальная - кровь и лимфа. Нервная - это высший уровень интеграции. Химическая - гормонами эндокринных желез.
Уровни организации организма человека - это иерархическое усложнение в строении его организма. Организм как единое целое обладает телосложением - внешней интегрированной формой. Телосложение - это внешняя человека, которая имеет различные половые и возрастные особенности, строение и положение внутренних органов.
Различают астенические, нормостенические и гиперстенические типы строения телосложения, которые дифференцируются по росту, скелету, мускулатуре, наличию или отсутствию подкожного жира. Также в соответствии с типом телосложения системы органов имеют различное строение и положение, размеры и форму.
Понятие об онтогенезе
Индивидуальное развитие организма обусловлено не только генетическим материалом, но и внешними факторами окружающей среды. Уровни организации организма человека понятие об онтогенезе, или индивидуальном развитии организма в процессе своего развития, использует разные генетические материалы, участвующие в функционировании клетки в процессе развития ее. На работу генов влияет внешняя среда: через факторы окружающей среды происходит обновление, появление новых генетических программ, мутаций.
Например, гемоглобин изменяется трижды за все развитие человеческого организма. Белки, синтезирующие гемоглобин, проходят несколько стадий от эмбрионального гемоглобина, которые переходит в гемоглобин плода. В процессе созревания организма гемоглобин переходит в форму взрослого. Эти онтогенетические характеристики уровня развития организма человека кратко и понятно подчеркивают, что генетическая регуляция организма выполняет важную роль в процессе развития организма от клетки до систем и организма в целом.
Изучение организации позволяет ответить на вопрос: «Назовите уровни организации организма человека?». Организм человека регулируется не только нервно-гуморальными механизмами, но и генетическими, которые расположены в каждой клетке организма человека.
Уровни организации организма человека кратко можно описать как сложную соподчиненную систему, имеющую строение такое же по построению и усложнению, как и вся система живых организмов. Эта закономерность - эволюционно закрепленная особенность живых организмов.
Всего их 8. Что лежит в основе деления живой природы на уровни? Дело в том, что на каждом уровне есть определенные свойства. Каждый следующий уровень обязательено содержит в себе предыдущий или все предыдущие. Давайте рассмотрим каждый уровень подробно:
1. Молекулярный уровень организации живой природы
· Органические и неорганические вещества,
· процессы синтеза и распада этих веществ,
· выделение и поглощение энергии
Это все химические процессы, которые происходят внутри любой живой системы. Этот уровень нельзя назвать "живым" на 100%. Это скорее "химический уровень" - поэтому он самый первый, самый низший из всех. Но именно этот уровень лег в основу деления Живой природы на царства - по запасному питательному веществу: у растений - углеводы, у грибов - хитин, у животных - белок.
· Биохимия
· Молекулярная биология
· Молекулярная генетика
2. Клеточный уровень организации живой природы
Включает в себя молекулярный уровень организации. На этом уровне уже появляется "мельчайшая неделимая биологическая система - клетка". Свой обмен веществ и энергии. Внутренняя организация клетки - ее органоиды. Жизненные процессы - зарождение, рост, самовоспроизведение (деление)
Науки, изучающие клеточный уровень организации:
· Цитология
· (Генетика)
· (Эмбриология)
В скобочках указаны науки, которые изучают этот уровень, но это не основной объект изучения.
3. Тканевый уровень организации
Включает в себя молекулярный и клеточный уровни. Этот уровень можно назвать "многоклеточным" - ведь ткань представляет собой совокупность клеток со сходным строением и выполняющих одинаковые функции.
Наука, изучающая тканевый уровень организации - гистология.
4. Органный уровень организации жизни
У одноклеточных организмов это органеллы - у каждой свое строение и свои функции
У многоклеточных организмов это органы, которые объединены в системы и четко взаимодействуют между собой
Эти два уровня - тканевый и органный - изучают науки:
· Ботаника - растения,
· зоология - животные,
· Анатомия - человек
· Физиология
· (медицина)
5. Организменный уровень
Включает в себя молекулярный, клеточный, тканевый уровни и органный.
На этом уровне уже живую природу делят на царства - растений, грибов и животных.
Свойства этого уровня:
· Обмен веществ (и на клеточном уровне тоже - видите, каждый уровень содержит в себе предыдущий!)
· Строение организма
· Питание
· Гомеостаз - постоянство внутренней среды
· Размножение
· Взаимодействие между организмами
· Взаимодействие с окружающей средой
· Анатомия
· Генетика
· Морфология
· Физиология
6. Популяционно-видовой уровень организации жизни
Включает в себя молекулярный, клеточный, тканевый уровни, органный и организменный.
Если несколько организмов схожи морфологически (проще говоря, одинаково устроены), и имеют одинаковый генотип, то они образуют один вид или популяцию.
Основные процессы на этом уровне:
· Взаимодействие организмов между собой (либо конкуренция, либо размножение)
· микроэволюция (изменение организма под действием внешних условий)
Науки, изучающие этот уровень:
· Генетика
· Эволюция
· Экология
7. Биогеоценотический уровень организации жизни (от слова биогеоценоз)
На этом уровне уже учитывается почти все:
Взаимодействие организмов между собой - пищевые цепи и сети
Взаимодействие организмов межу собой - конкуренция и размножение
Влияние окружающей среды на организмы и, соответственно, влияние организмов на среду их обитания
Наука, изучающая этот уровень - Экология.
8. Биосферный уровень организации живой природы (последний уровень - высший!)
Он включает в себя:
· Взаимодействие живых и неживых компонентов природы
· Биогеоценозы
· Влияние человека - "антропогенные факторы"
· Круговорот веществ в природе
И изучает все это - Экология!
О клетке в научном мире заговорили практически сразу после изобретения микроскопа.
Кстати, сейчас довольно много видов микроскопов:
Оптический микроскоп - максимально увеличение - ~2000 крат (можно рассмотреть некоторые микроорганизмы, клетки (растительные и животные), кристаллы и т.д.
Электронный микроскоп - увеличивает до до 106 раз. Можно уже изучать частицы как клетки, так и молекул - это уже уровень микроструктур
Первым ученым, который смог увидеть клетки (естественно, в микроскоп) был Роберт Гук (1665 г) - он изучал клеточное строение в основном растений.
А вот впервые об одноклеточных организмах - бактериях, инфузориях заговорил А. Ван Левенгук (1674 г)
Ла-Марк (1809 г) уже стал говорить о клеточной теории
Ну и уже в середине XIX века М.Шлейден и Т.Шванн сформулировали ту клеточную теорию, которая сейчас общепризнана во всем мире.
Клеточными являются все организмы, кроме вирусов
Клетка - элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов, обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. Все живые организмы либо, как многоклеточные животные, растения и грибы, состоят из множества клеток, либо, как многие простейшие и бактерии, являются одноклеточными организмами. Раздел биологии, занимающийся изучением строения и жизнедеятельности клеток, получил название цитологии. В последнее время принято также говорить о биологии клетки, или клеточной биологии.
Клетка - это мини-организм. У нее есть свои "органы" - органойды. Главный органойд клетки - это ядро. По этому признаку все живые организмы делятся на ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ ("карио" - ядро) - содержащие ядро и ПРОКАРИОТИЧЕСКИЕ ("про" -до) - доядерные (без ядра)
Положения клеточной теории Шлейдена-Шванна
1. Все животные и растения состоят из клеток.
2. Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток.
3. Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм - это совокупность клеток.
Основные положения современной клеточной теории
· Клетка - единица строения, жизнедеятельности, роста и развития живых организмов, вне клетки жизни нет.
· Клетка - единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определённое целостное образование.
· Ядро − главная составная часть клетки (эукариот).
· Новые клетки образуются только в результате деления исходных клеток.
· Клетки многоклеточных организмов образуют ткани, ткани образуют органы. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток.
Основные органойды клетки - это те компоненты, которые присущи всем клеткам живых организмов - "общий состав":
· ядро: ядрышко;ядерная оболочка;
· плазматическая мембрана;
· центриоль;
· комплекс Гольджи;
· лизосома;
· вакуоль;
· митохондрия.
Нуклеиновые кислоты содержатся в клетке абсолютно любого организма. Даже у вирусов.
"Нуклео" - "ядро" - в основном, содержатся в ядре клеток, но так же содержатся и в цитоплазме, и в других органойдах. Нуклиновые кислоты бывают двух типов: ДНК и РНК
ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота
РНК - рибонуклеиновая кислота
Эти молекулы - полимеры, мономерами являются нуклеотиды - соединения, содержащие азотистые основания.
Нуклеотиды ДНК: А - аденин, Т - тимин, Ц - цитозин, Г - гуанин
Нуклеотиды РНК: А - аденин, У - урацил, Ц - цитозин, Г - гуанин
Как видите, в РНК тимина нет, его заменяет урацил - У
Помимо них, в состав нуклеотидов входят:
углеводы: дезоксирибоза - в ДНК, рибоза - в РНК. Фосфат и сахар - входят в состав обеих молекул
Это первичная структура молекул
Вторичная структура - это сама форма молекул. Днк - двойная спираль, РНК - "одинарная" длинная молекула.
Основные функции нуклеиновых кислот
Генетический код - это последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК. Это основа любого организма, по сути - это информация о самом организме (как у любого человека ФИО, идентифицирующее личность- это последовательность букв, или последовательность цифр - серия паспорта).
Так вот, основные функции нуклеиновых кислот - в хранении, реализации и передаче наследственной информации, "записанной" в молекулах в виде последовательности определенных нуклеотидов.
Деление клеток - часть процесса жизни абсолютно любого живого организма. Все новые клетки образуются из старых (материнских). Это одно из основных положений клеточной теории. Но существует несколько видов деления, которые напрямую зависят от природы этих клеток.
Деление прокариотических клеток
Чем отличается прокариотическая клетка от эукариотической? Самое главное отличие - отсутствие ядра (собственно поэтому так и называются). Отсутствие ядра означает, что ДНК просто находится в цитоплазме.
Процесс выглядит следующим образом:
репликация (удвоение) ДНК ---> клетка удлиняется ---> образуется поперечная перегородка ---> клетки разделяются и расходятся
Деление эукариотических клеток
Жизнь любой клетки состоит из 3 этапов: рост, подготовка к делению и, собственно, деление.
Как происходит подготовка к делению?
· Во-первых синтезируется белок,
· во-вторых, все важные компоненты клетки удваиваются, чтобы в каждой новой клетке был весь необходимый для жизни набор органелл.
· В третьих, удваивается молекула ДНК и каждая хромосома синтезирует себе копию. Удвоенная хромосома= 2 хроматиды (в каждой по молекуле ДНК).
Этот период подготовки к делкнию называется ИНТЕРФАЗА.
Многие микроскоп нам тайн открыл - невидимых частиц, жил в теле, других см.
Ломоносов
ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОК
Клеточный уровень организации жизни
Клеточный уровень жизни - это уровень организации, свойства которого определяются клетками с их составными компонентами и их участием в процессах превращения веществ, энергии и информации.
Клетка биологической системой с характерными особенностями структуры, функций и свойств.
Структурная организация. Клетка является основной структурной единицей для колониальных и многоклеточных организмов, а у одноклеточных существ она является одновременно и самостоятельным целостным организмом. Основными структурными частями клетки являются поверхностный аппарат, цитоплазма и ядро (нуклеоид в прокариотических организмов), построенные по определенным подсистем и элементов, которыми являются органеллы. Существуют два типа организации клеток - прокариотических и эукариотический. Базовым уровнем организации для клеток является молекулярный уровень.
Функциональная организация. Клеток, чтобы выжить, необходимо: а) получать энергию из окружающая ища и трансформировать в нужную ей форму; б) избирательно пропускать, перемещать и выводить вещества; в) хранить, реализовывать и передавать генетическую информацию следующему поколению; г) постоянно поддерживать химические реакции, необходимые для поддержания внутреннего равновесия; д) распознавать сигналы среды и определенным образом реагировать на них; е) образовывать новые молекулы и структуры взамен срок жизни которых истек.
Каждая живая клетка представляет собой систему, которая превращает вещества, энергию и информацию, которые поступают к ней, и таким образом обеспечивает процессы жизнедеятельности организма. Клетка является функциональной единицей для осуществления таких функций, как опора, движение, питание, дыхание, кровообращение, выделения, размножения, движение, регуляция процессов и тому подобное. Клетки одноклеточных организмов выполняют все эти жизненные функции, а большинство клеток многоклеточного организма специализированные на выполнении одной главной жизненной функции. Но в обоих случаях любая функция клетки является следствием согласованной работы всех ее компонентов. Организация и функционирование всех компонентов клетки связаны прежде всего с биологическими мембранами. Внешние взаимосвязи между клетками поддерживаются путем выделения химических веществ и установления контактов, внутренние взаимосвязи между элементами клетки обеспечиваются гиалоплазмы.
Свойства . Клетка является элементарной биосистемой, поскольку именно на уровне клеток проявляются все свойства жизни. Основными свойствами клетки являются открытость, обмен веществ, иерархичность, целостность, саморегуляция, самообновления, самовоспроизведения, ритмичность и др. Определяются эти свойства структурно-функциональной организацией биомембран, цитоплазмы и ядра.
Основные свойства живых организмов.
Вопросы о происхождении жизни, закономерностях исторического развития в различные геологические эпохи всегда интересовали человечество. Понятие жизнь охватывает совокупность всех живых организмов на Земле и условия их существования.
Сущность жизни заключается в том, что живые организмы оставляют после себя потомство. Наследственная информация передается из поколения в поколение, организмы саморегулируются и восстанавливаются при воспроизводстве потомства. Жизнь — это особая качественная, наивысшая форма материи, способная, оставляя потомство, к самовоспроизведению.
Понятию жизнь в разных исторических периодах давались различные определения. Первое научно правильное определение дал Ф. Энгельс: "Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел". При прекращении процесса обмена веществ между живыми организмами и окружающей средой белки распадаются, и жизнь исчезает. Опираясь на современные достижения биологической науки, русский ученый М. В. Волькенштейн дал новое определение понятию жизнь: "Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот". Это определение не отрицает наличие жизни и на других планетах космического пространства. Жизнь называется открытой системой, на что указывает непрерывный процесс обмена веществ и энергии с окружающей средой.
На основании последних научных достижений современной биологической науки дано следующее определение жизни: "Жизнь — это открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы совокупностей живых организмов, построенные из сложных биологических полимеров — белков и нуклеиновых кислот".
Основой всего живого считаются нуклеиновые кислоты и белки, так как они функционируют в клетке, образовывают сложные соединения, которые входят в структуру всех живых организмов.
,
Основные свойства живых организмов
Живые организмы отличаются от неживой природы присущими им свойствами. К характерным свойствам живых организмов относятся: единство химического состава, обмен веществ и энергии, сходство уровней организации. Для живых организмов характерны также размножение, наследственность, изменчивость, рост и развитие, раздражимость, дискретность, саморегуляция, ритмичность и др.
Уровни организации жизни
Все живые организмы в природе состоят из одинаковых уровней организации, это общая для всех живых организмов характерная биологическая закономерность. Выделяют следующие уровни организации живых организмов — молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный.
1. Молекулярно-генетический уровень.
Это наиболее элементарный характерный для жизни уровень. Как бы сложно или просто ни было строение любого живого организма, они все состоят из одинаковых молекулярных соединений. Примером этого являются нуклеиновые кислоты, белки, углеводы и другие сложные молекулярные комплексы органических и неорганических веществ. Их называют иногда биологическими макромолекулярными веществами. На молекулярном уровне происходят различные процессы жизнедеятельности живых организмов: обмен веществ, превращение энергии. С помощью молекулярного уровня осуществляется передача наследственной информации, образуются отдельные органоиды и происходят другие процессы.
2. Клеточный уровень.
Клетка является структурной и функциональной единицей всех живых организмов на Земле. Отдельные органоиды в составе клетки имеют характерное строение и выполняют определенную функцию. Функции отдельных органоидов в клетке взаимосвязаны и выполняют единые процессы жизнедеятельности. У одноклеточных организмов (одноклеточные водоросли и простейшие) все жизненные процессы проходят в одной клетке, и одна клетка существует как отдельный организм. Вспомните одноклеточные водоросли, хламидомонады, хлореллу и простейших животных — амебу, инфузорию и др. У многоклеточных организмов одна клетка не может существовать как отдельный организм, но она является элементарной структурной единицей организма.
Тканевый уровень
Совокупность сходных по происхождению, строению и функциям клеток и межклеточных веществ образует ткань. Тканевый уровень характерен только для многоклеточных организмов. Также отдельные ткани не являются самостоятельным целостным организмом. Например, тела животных и человека состоят из четырех различных тканей (эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная). Растительные ткани называются: образовательная, покровная, опорная, проводящая и выделительная. Вспомните строение и функции отдельных тканей.
Органный уровень
У многоклеточных организмов объединение нескольких одинаковых тканей, сходных по строению, происхождению и функциям, образует органный уровень. В составе каждого органа встречается несколько тканей, но среди них одна наиболее значительная. Отдельный орган не может существовать как целостный организм. Несколько органов, сходных по строению и функциям, объединяясь, составляют систему органов, например пищеварения, дыхания, кровообращения и т. д.
Организменный уровень
Растения (хламидомонада, хлорелла) и животные (амеба, инфузория и т. д.), тела которых состоят из одной клетки, представляют собой самостоятельный организм)А отдельная особь многоклеточных организмов считается как отдельный организм. В каждом отдельном организме происходят все жизненные процессы, характерные для всех живых организмов, — питание, дыхание, обмен веществ, раздражимость, размножение и т. д. Каждый самостоятельный организм оставляет после себя потомство. У многоклеточных организмов клетки, ткани, органы и системы органов не являются отдельным организмом. Только целостная система органов, специализированно выполняющих различные функции, образует отдельный самостоятельный организм. Развитие организма, начиная с оплодотворения и до конца жизни, занимает определенный промежуток времени. Такое индивидуальное развитие каждого организма называется онтогенезом. Организм может существовать в тесной взаимосвязи с окружающей средой.
Популяционно-видовой уровень
Совокупность особей одного вида пли группы, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида, составляет популяцию. На популяционном уровне осуществляются простейшие эволюционные преобразования, что способствует постепенному появлению нового вида.
Биогеоценотический уровень
Совокупность организмов разных видов и различной сложности организации, приспособленных к одинаковым условиям природной среды, называется биогеоценозом, или природным сообществом. В состав биогеоценоза входят многочисленные виды живых организмов и условия природной среды. В природных биогеоценозах накапливается энергия и передается от одного организма к другому. Биогеоценоз включает неорганические, органические соединения и живые организмы.
Биосферный уровень
Совокупность всех живых организмов на нашей планете и общей природной среды их обитания составляет биосферный уровень. На биосферном уровне современная биология решает глобальные проблемы, например определение интенсивности образования свободного кислорода растительным покровом Земли или изменения концентрации углекислого газа в атмосфере, связанные с деятельностью человека. Главную роль в биосферном уровне выполняют "живые вещества", т. е. совокупность живых организмов, населяющих Землю. Также в биосферном уровне имеют значение "биокосные вещества", образовавшиеся в результате жизнедеятельности живых организмов и "косных" веществ (т. е. условий окружающей среды. На биосферном уровне происходит круговорот веществ и энергии на Земле с участием всех живых организмов биосферы.
Уровни организации жизни
Уровни организации органического мира - дискретные состояния биологических систем, характеризующиеся соподчиненностью, взаимосвязанностью, специфическими закономерностями.
Структурные уровни организации жизни чрезвычайно многообразны, но основными являются молекулярный, клеточный, онтогенетический, популяционно-видовой, бигиоценотический и биосферный.
1. Молекулярно-генетический уровень жизни. Важнейшими задачами биологии на этом этапе является изучение механизмов передачи генной информации, наследственности и изменчивости.
Существует несколько механизмов изменчивости на молекулярном уровне. Важнейшим из них является механизм мутации генов - непосредственное преобразование самих генов под воздействием внешних факторов. Факторами, вызывающими мутацию, являются: радиация, токсические химические соединения, вирусы.
Еще один механизм изменчивости - рекомбинация генов. Такой процесс имеет место при половом размножении у высших организмов. При этом не происходит изменения общего объема генетической информации.
Еще один механизм изменчивости был открыт лишь в 1950 -е гг. Это - неклассическая рекомбинация генов, при котором происходит общее увеличение объема генетической информации за счет включения в геном клетки новых генетических элементов. Чаще всего эти элементы привносятся в клетку вирусами.
2. Клеточный уровень. Сегодня наукой достоверно установлено, что наименьшей самостоятельной единицей строения, функционирования и развития живого организма является клетка, которая представляет собой элементарную биологическую систему, способную к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. Цитология - наука, изучающая живую клетку, ее строение, функционирование как элементарной живой системы, исследует функции отдельных клеточных компонентов, процесс воспроизводства клеток, приспособление к условиям среды и др. Также цитология исследует особенности специализированных клеток, становление их особых функций и развитие специфических клеточных структур. Таким образом, современная цитология была названа физиологией клетки.
Значительным продвижением в изучении клеток произошло в начале 19 века, было открыто и описано клеточное ядро. На основании этих исследований и была создана клеточная теория, ставшая величайшим событием в биологии 19 в. Именно эта теория послужила фундаментом для развития эмбриологии, физиологии, теории эволюции.
Важнейшая часть всех клеток - ядро, которое хранит и воспроизводит генетическую информацию, регулирует процессы обмена веществ в клетке.
Все клетки делятся на две группы:
· Прокариоты - клетки, лишенные ядра
· Эукариоты - клетки содержащие ядра
Изучая живую клетку, ученые обратили внимание на существование двух основных типов ее питания, что позволило все организмы разделить на два типа:
· Автотрофные - сами производят необходимые им питательные вещества
· Гетеротрофные - не могут обходиться без органической пищи.
Позднее были уточнены такие важные факторы, как способность организмов синтезировать необходимые вещества (витамины, гормоны), обеспечивать себя энергией, зависимость от экологической среды и др. Таким образом, сложный и дифференцированный характер связей свидетельствует о необходимости системного подхода к изучению жизни и на онтогенетическом уровне.
3. Онтогенетический уровень. Многоклеточные организмы. Этот уровень возник в результате формирования живых организмов. Основной единицей жизни выступает отдельная особь, а элементарным явлением - онтогенез. Изучением функционирования и развития многоклеточных живых организмов занимается физиология. Эта наука рассматривает механизмы действия различных функций живого организма, их связь между собой, регуляцию и приспособление к внешней среде, происхождение и становление в процессе эволюции и индивидуального развития особи. По сути дела это и есть процесс онтогенеза - развитие организма от рождения до смерти. При этом происходит рост, перемещение отдельных структур, дифференциация и усложнение организма.
Все многоклеточные организмы состоят из органов и тканей. Ткани - это группа физически объединенных клеток и межклеточных веществ для выполнения определенных функций. Их изучение является предметом гистологии.
Органы - это относительно крупные функциональные единицы, которые объединяют различные ткани в те или иные физиологические комплексы. В свою очередь органы входят в состав более крупных единиц - систем организма. Среди них выделяют нервную, пищеварительную, сердечнососудистую, дыхательную и другие системы. Внутренние органы есть только у животных.
4. Популяционно-биоценотический уровень. Это надорганизменный уровень жизни, основной единицей которого является популяция. В отличии от популяции видом называется совокупность особей, сходных по строению и физиологическим свойствам, имеющих общее происхождение, могущих свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство. Вид существует только через популяции, представляющие генетически открытые системы. Изучением популяций занимается популяционная биология.
Термин "популяция" был введен одним из основоположником генетики В. Иогансеном, который назвал так генетически неоднородную совокупность организмов. Позднее популяция стала считаться целостной системой, непрерывно взаимодействующей с окружающей средой. Именно популяции являются теми реальными системами, через которые существуют виды живых организмов.
Популяции - генетически открытые системы, так как изоляция популяций не абсолютна и периодически не бывает возможным обмен генетической информацией. Именно популяции выступают в качестве элементарных единиц эволюции, изменения их генофонда ведут к появлению новых видов.
Популяции, способны к самостоятельному существованию и трансформации, объединяются в совокупности следующего надорганизменного уровня - биоценозы. Биоценоз - совокупность популяций, проживающих на определенной территории.
Биоценоз представляет собой закрытую для чужих популяций систему, для составляющих его популяций - это открытая система.
5. Биогеоцетонический уровень. Биогеоценоз - устойчивая система, которая может существовать на протяжении длительного времени. Равновесие в живой системе динамично, т.е. представляет собой постоянное движение вокруг определенной точки устойчивости. Для ее стабильного функционирования необходимо наличие обратных связей между ее управляющей и исполняющей подсистемами. Такой способ поддержания динамического равновесия между различными элементами биогеоценоза, вызвано массовым размножением одних видов и сокращением или исчезновением других, приводящее к изменению качества окружающей среды, называют экологической катастрофой.
Биогеоценоз - это целостная саморегулирующаяся система, в которой выделяется несколько типов подсистем. Первичные системы - продуценты, непосредственно перерабатывающие неживую материю; консументы - вторичный уровень, на котором вещество и энергия получаются за счет использования продуцентов; затем идут консументы второго порядка. Также существуют падальщики и редуценты.
Через эти уровни в биогеоценозе проходит круговорот веществ: жизнь участвует в использовании, переработки и восстановлении различных структур. В биогеоценозе - однонаправленный энергетический поток. Это делает его незамкнутой системой, непрерывно связанной с соседними биогеоценозами.
Саморегуляция биогеоценлзов протекает тем успешнее, чем разнообразнее количество составляющих его элементов. От многообразия его компонентов зависит и устойчивость биогеоценозов. Выпадение одного или нескольких компонентов может привести к необратимому нарушению равновесия и гибели его как целостной системы.
6. Биосферный уровень. Это наивысший уровень организации жизни, охватывающий все явления жизни на нашей планете. Биосфера - это живое вещество планеты и преобразованная им окружающая среда. Биологический обмен веществ - это фактор, который объединяет все другие уровни организации жизни в одну биосферу. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле. Таким образом, биосфера является единой экологической системой. Изучение функционирования этой системы, ее строения и функций - важнейшая задача биологии на этом уровне жизни. Занимаются изучением этих проблем экология, биоценология и биогеохимия.
Разработка учения о биосфере неразрывно связана с именем выдающегося российского ученого В.И. Вернадского. Именно ему удалось доказать связь органического мира нашей планеты, выступающего в виде единого нераздельного целого, с геологическими процессами на Земле. Вернадский открыл и изучил биогеохимические функции живого вещества.
