Курсовая работа: Уровни организации живой природы 2. Реферат уровни организации живой природы

Доклад - Уровни организации живой природы 2

Уровни организации живой материи.

Живая материя представляет иерархию взаимосвязанных и взаимоподчиненных уровней организации. Иначе говоря — жизнь имеет многоуровневую организацию.

Между прочим, это означает, что любая система может рассматриваться как элемент более высокого уровня организации и, наоборот, элемент представляет систему для более низких уровней организации. То есть каждый уровень является одновременно и системой и элементом. Например, человек как организм является системой, состоящей из элементов-органов, и в то же время он сам является элементом — членом определенной популяции людей. Такой подход справедлив к любому живому объекту.

В целом же принято рассматривать четыре уровня организации живых систем, что в значительной степени условно, так как в них можно выделить множество подуровней (табл. 1).

Таблица 1 (к сегменту 6).

Уровни и подуровни организации живых систем

Обозначенные в таблице уровни и подуровни представляют так называемые логические системы, они отражают сложность и иерархию структурно-функциональной организации биосистем в настоящее время. Кроме того, можно выделить исторические системы, условные объединения организмов, начиная с популяций, отражающие историю их происхождения и развития в ходе эволюции. Это — вид, род, семейство, отряд (порядок), класс, тип (отдел), царство, империя.

Дадим краткую характеристику структурно-функциональных (логических) уровней организации живых систем.

На уровне макромолекул степень сложности систем, по сравнению с обычными молекулами, растет. Однако этот уровень еще не достаточен для возникновения полноценной жизни.

Макромолекулами принято называть очень крупные, обычно полимерные (многозвенные) молекулы. В живых организмах различают четыре типа макромолекул: углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты (рис. 2). Они образуют химическую основу клеток, хотя некоторые углеводы и белки входят также в состав межклеточного вещества, обычно вместе с солями (основное вещество хряща, кости).

Рис. 2. Структура основных макромолекул.

Углеводы бывают простые — моносахариды (такие как глюкоза, лактоза) и сложные — полисахариды, образованные сотнями и тысячами соединенных моносахаридов. Некоторые полисахариды выполняют опорную функцию — целлюлоза (клетчатка) у растений, хитин у раков, насекомых, грибов. Но в основном углеводы используются как топливо для получения энергии (см. Тему 2).

Липиды, или жироподобные вещества, имеют длинные «хвосты» из углеродно-водородных единиц, прикрепленные к «головке» — видоизмененной молекуле глицерина. Хвосты отталкивают воду (гидрофобны), поэтому два слоя липидных молекул, обращенные друг к другу хвостами, образуют водо- и иононепроницаемую пленку — мембрану. Из мембран построены оболочки клеток и некоторых внутриклеточных органоидов. Кроме того, липиды, как и углеводы, заключают в себе много энергии и используются в качестве топлива.

Белки — основные биополимеры, так как выполняют большинство жизненных функций (см. Тему 2). Белковая цепь — полипептид — сложена из большого числа (50-100-500 и более) мономеров — аминокислот (включают аминогруппу -Nh3 и кислотную группу -COOH). Имеется 20 разновидностей аминокислот, и чередование их беспорядочно (но строго определенно для каждого вида белка), так что возможное разнообразие белковых цепей бесконечно велико, что и дает возможность белкам выполнять очень разные функции. Наибольшим разнообразием отличаются белки-ферменты — катализаторы биохимических реакций.

Нуклеиновые кислоты (от латинского nuсleus — ядро) впервые были выделены из клеточных ядер и представляют самые сложные макромолекулы. Различают дезоксирибонуклеиновую кислоту — ДНК и рибонуклеиновую кислоту — РНК. ДНК — двухцепочечный полимер, РНК — одноцепочечный. Мономерами в обоих случаях являются довольно крупные и сложные молекулы — нуклеотиды. ДНК хранит информацию о структуре всех клеточных белков, РНК способствует ее реализации в момент синтеза новых белков (подробнее об этом см. Тему 3). Фрагмент ДНК, кодирующий структуру одной молекулы белка, называетсягеном .

Макромолекулы обычно объединяются в макромолекулярные комплексы, или даже в особые структуры, называемые органоидами клетки (по аналогии с органами сложного организма). Типичными органоидами являются рибосомы — элементарные структуры, ведущие синтез белка, миофибриллы — сократимые нити в мышечных клетках, митохондрии — производители клеточной энергии, хромосомы — хранители ДНК, то есть генов.

Макромолекулы и их комплексы, гены, клеточные органоиды отвечают за отдельные свойства жизни — наследственность, синтезы, движение, энергетический обмен и др., но и эти свойства могут проявляться только в системе целостной клетки. Даже вирусы, которые считаются внеклеточными формами жизни, вне клетки представляют фактически макромолекулярные кристаллы, не способные размножаться, синтезировать белки, усваивать энергию. Поэтому некоторые ученые вообще не считают вирусы живыми образованиями.

Таким образом, отдельные молекулярно-генетические структуры не обеспечивают того критического уровня сложности, который можно было бы назвать полноценной жизнью.

Онтогенез — это индивидуальное развитие организма, начиная от одной клетки (зиготы, образующейся при слиянии яйцеклетки и сперматозоида) до взрослого многоклеточного существа со множеством специализированных тканей и органов. Необходимость объединения этих подуровней в один онтогенетический уровень вызвана двумя причинами. Во-первых, зигота — по сути обычная клетка — уже представляет организм, хотя и на одноклеточной стадии развития. Во-вторых, в природе существуют не только многоклеточные, но и одноклеточные организмы как животного, так и растительного свойства — амеба, инфузория, эвглена, хлорелла и др. Бактерии — особо мелкие и безъядерные (прокариотные) клетки — тоже самостоятельные организмы, хотя живут обычно колониями. Так что понятия «клетка» и «организм» в определенных случаях совпадают.

Из сказанного следует очень важный вывод: клетка является наименьшей, то естьэлементарной живой системой, так как ей присущи все свойства живого организма, свойства жизни как явления. Клетка, как и многоклеточный организм способна питаться, поглощать энергию, синтезировать вещества, двигаться, реагировать на раздражители, размножаться, приспосабливаться и д.т. Этому способствует достаточно высокая степень структурной дискретности — внутреннее расчленение клетки на органоиды, изолированные отсеки — особенно выраженная у высших, эукариотных клеток (рис. 3).

Рис. 3. Схема организации про- и эукариотной клеток.

Существует нерешенная проблема клеточного уровня (подуровня), связанная с наличием в природе двух типов клеточной организации — прокариот и эукариот. Прокариоты (доядерные) — это мелкие (около 1 мкм) клетки, не имеющие ядра и других органоидов, типичных для эукариот. Наследственное вещество — ДНК — лежит свободно в цитоплазме, а прочие функциональные блоки тоже представлены небольшими макромолекулярными комплексами без оболочек. К прокариотам относятся все бактерии и так называемые сине-зеленые водоросли.Эукариоты (с настоящим ядром) — крупные (10-50 и более мкм) клетки, в которых ДНК в форме хромосом заключена в ядре и большинство рабочих структур, ферментов организовано в изолированных органоидах. Изолирующую роль для ядра и органоидов выполняют такие же липидно-белковые мембраны, как и мембрана клеточной поверхности. Эукариотную организацию имеют одноклеточные простейшие (амеба, инфузория и другие) и клетки многоклеточных организмов: грибов, растений, животных, включая человека. Суть проблемы не в размерных и даже не в структурных различиях двух типов клеток, а в том, что некоторые органоиды эукариотных клеток, такие как митохондрии и хлоропласты, похожи на прокариот — бактерий и сине-зеленых водорослей. Они имеют собственную ДНК, аппарат синтеза белка (рибосомы), систему энергообеспечения и, таким образом, мало зависят от других структур клетки, в частности от ядерной ДНК. На этом основании разработана симбиотическая гипотеза о происхождении эукариотной клетки на основе симбиоза (взаимовыгодного объединения) некогда самостоятельных прокариотных клеток. В таком случае про- и эукариотные клетки не только по уровню сложности, но и по происхождению должны представлять разные — низший и высший — подуровни клеточного уровня организации. Этот пример показывает, что приведенная и общепринятая система уровней организации жизни не отражает всей сложности отношений между уровнями и подуровнями. Да и число подуровней можно увеличить, поскольку иерархическая сложность систем на самом деле значительно богаче.

Ткани и органы представляют основные промежуточные подуровни между клеткой и организмом. Естественно, что эти подуровни можно выделить только у многоклеточных животных, растений, грибов.

Например, у человека различают эпителиальную (покровную) ткань, мышечную, нервную и соединительную (рыхлую, плотную, хрящевую, костную, кровь и лимфу). Ткани состоят из клеток и межклеточного связующего вещества. Органы состоят из разных тканей. Так, сердце кроме основной мышечной ткани включает рыхлую соединительную, кровь, нервные элементы и эпителиальные оболочки. Головной мозг наряду с нервными клетками содержит питающие их кровеносные сосуды, желудочки, выстланные специальным эпителием. Многие органы объединены в системы органов (пищеварительную, кровеносную и др.).

Наконец, многоклеточныйорганизм, как и отдельная клетка, представляет законченный и устойчивый уровень биологической организации. Организм, или особь, способен к самостоятельному существованию, размножению и развитию .

Вид — важнейшая биологическая категория, которая определяется как совокупность особей (организмов), обладающих наследственным сходством по морфологическим, физиологическим, генетическим, эколого-географическим признакам, способных свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство. Со времен Карла Линнея (выдающийся шведский натуралист 18 века) биологические виды обозначаются двойным наименованием на латинском языке — первое слово обозначает род, второе — вид. Например, Phaseolus vulgaris — фасоль обыкновенная, Passer domesticus — воробей домовый, Homo sapiens — человек разумный.

Главное в определении вида (его главный критерий) — способность особей скрещиваться и, более того, оставлять плодовитое потомство. В диких условиях особи разных видов не скрещиваются. Искусственно можно скрестить лошадь и осла, но их потомство — мул — бесплодно. Так что лошадь и осел — разные виды.

Каждый вид занимает на Земле определенный ареал — территорию или акваторию (эколого-географический критерий вида). Иногда это — небольшой, изолированный участок, например, Манчжурская тайга для амурского тигра. Такие виды называют эндемичными, или эндемиками. В других случаях вид распространен по всему земному шару — виды-космополиты. Чаще ареал вида бывает разорван, вид существует отдельными группировками — популяциями.

Популяция — некоторая изолированная совокупность особей одного вида, длительное время населяющая определенный ареал и способная к свободному скрещиванию. Кроме ареала популяция имеет и определенную экологическую нишу. Если ареал — это адрес популяции, то экологическая ниша — ее образ жизни: состав пищи, враги, водный режим, ярус леса и т.п. Но главное качество популяции как единицы воспроизведения и эволюции биологических видов — доступность ее особей к свободному скрещиванию, то есть свободная комбинаторика родительских генов. Постепенное расхождение генетической структуры популяций рождает новые виды. Поэтому иногда трудно провести грань между популяцией и видом, поэтому эти категории и рассматриваются в рамках одного уровня организации (подробнее см. тему 5).

На этом уровне рассматриваются экологические системы: сообщество, биогеоценоз, биосфера.

Сообщество - совокупность популяций разных видов на определенной территории. Обычно специалисты (ботаники, зоологи, микробиологи) выделяют в сообщества объекты определенной категории: растительное сообщество — фитоценоз, сообщество животных — зооценоз, микроорганизмов — микробоценоз. Тогда совокупность всех совместно обитающих сообществ разных видов, представленных на ареале отдельными популяциями, образует высшее сообщество — биоценоз . Популяции разных видов в сообществе или биоценозе тесно взаимодействуют на основе разделения пищи и ярусов, взаимного использования продуктов обмена, отношений хищник-жертва, паразит-хозяин и т. д.

Любое живое сообщество, весь биоценоз способны существовать в определенных условиях внешней среды. Для наземных сообществ это — почва определенного типа, температура, влажность, освещенность; для водных — минеральный состав, соленость и аэрация воды, те же температура и освещенность, глубина, течения и др.Совокупность этих неживых (абиотических) факторов среды обитания сообществ обозначается как биотоп (дословно — место жизни).

Важнейшее обобщение современной экологии состоит в том, что неживая среда и населяющий ее биоценоз обмениваются веществом и энергией, находятся в тесном взаимодействии, поэтому биотоп и биоценоз складываются в единую систему — биогеоценоз . Биогеоценозы — это естественные (природные) экосистемы: лесные, степные, болотные, озерные, речные, морские и др. Но человек создает и искусственные экосистемы — в частности, агроценозы (сельскохозяйственные плантации, птицефабрики, животноводческие фермы и т.п.), аквариумы и рыборазводные пруды, очистные сооружения со специально подобранными сообществами микробов, водорослей, моллюсков-фильтраторов, наконец, космические станции с уникальным внутренним климатом и биологическим равновесием.

Высшим экосистемным объединением на Земле является биосфера - земная оболочка, населенная живыми существами .Основоположником учения о биосфере Земли является выдающийся российский натуралист и философ Владимир Иванович Вернадский (1863-1945). Основная мысль этого учения и созданной Вернадским науки биогеохимии состоит в том, что живой и неживой мир нашей планеты един, организмы и компоненты среды связаны обменом (круговоротом) веществ и энергии. Вершиной творческого наследия Вернадского является его представление о ноосфере — биосфере, обогащенной разумом человека. Разумная деятельность людей активно преобразует состав биосферы и становится все более важным фактором ее необратимой эволюции. Только к концу 20 века человечество начало понимать эту простую истину и задумалось над тем, как сохранить существующее равновесие.

Существуют ли живые системы более высоких уровней организации, чем биосфера Земли? Другими словами — существует ли жизнь вне Земли, в каких-нибудь дальних или ближних космических системах? И совсем тривиально — есть ли жизнь на Марсе? Наука пока не знает ответа на эти вопросы. Ученые предполагают, что по крайней мере на Марсе — ближайшей к нам планете — есть условия если не для жизни, то для переживания простых организмов типа бактерий в состоянии спор. При похожих условиях в ледяных толщах Антарктиды обнаружены микроорганизмы. Но Антарктида когда-то была ближе к экватору Земли, в составе единого материка Гондваны, и жизнь сохранилась здесь от давних времен. Существует ли жизнь на Марсе — должны показать ближайшие исследования этой планеты, в частности, планируемая на начало нового века экспедиция американских астронавтов.

www.ronl.ru

Уровни организации живой природы: краткое описание :: SYL.ru

Все живые существа на планете подразделяются по различным группам и системам. Об этом рассказывает ученику биология еще в начальных классах средней школы. Сейчас же хочется весьма подробно изучить уровни организации живой природы, в итоге представив все полученные знания в краткой и удобной для понимания таблице.

Немного об уровнях

Если говорить в общем, то наука насчитывает 8 таких уровней. Но по какому же принципу происходит деление? Тут все просто: каждый последующий уровень имеет в своем составе все предыдущие. То есть он больше и существеннее, объемнее и полнее.

Уровень первый – молекулярный

Подробно данный уровень изучает молекулярная биология. О чем же тут идет речь? Каково строение белков, какие функции они выполняют, что такое нуклеиновые кислоты и их работа в генетике, синтез белка, РНК и ДНК – всеми этими процессами и нагружен молекулярный уровень. Именно тут начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности всех организмов: обмен веществ, выработка энергии, необходимой для существования, и т. д. Ученые утверждают, что данный уровень сложно назвать живым, он, скорее, считается химическим.

Уровень второй – клеточный

Чем же интересен клеточный уровень организации живой природы? Он следует за молекулярным и, как становится понятно уже из названия, занимается клетками. Биологию этих частичек изучает такая наука, как цитология. Сама по себе клетка – это мельчайшая неделимая частица в организме человека. Тут рассматриваются все процессы, которые связаны непосредственно с жизнедеятельностью клетки.

Уровень третий – тканевый

Специалисты данный уровень называют еще и многоклеточным. И это неудивительно. Ведь, по сути, ткань – это совокупность клеток, которые имеют почти одинаковое строение и схожие функции. Если же говорить о тех науках, которые изучают этот уровень, то тут речь идет о все той же гистологии, а также гистохимии.

Уровень четвертый – органный

Рассматривая уровни организации живой природы, нужно также рассказать и об органном. Чем же он особенен? Так, из тканей формируются органы у многоклеточных организмов и органеллы – у одноклеточных. Науки, которые занимаются этими вопросами, – анатомия, эмбриология, физиология, ботаника и зоология.

Нужно также отметить, что, изучая уровни организации живой природы, специалисты иногда объединяют в одну главу тканевый и организменный. Ведь они весьма тесно связаны друг с другом. В таком случае речь идет об органотканевом уровне.

Пятый уровень – организменный

Следующий уровень носит название в науке «организменный». Чем же он отличается от предыдущих? Помимо того что он включает в свой состав предыдущие уровни организации живой природы, так еще тут происходит деление на царства – животных, растений, а также грибов. Занимается он следующими процессами:

• Питание.
• Размножение.
• Обмен веществ (как и на клеточном уровне).
• Взаимодействие не только между организмами, но и с окружающей средой.

На самом деле функций еще очень и очень много. Этим разделом занимаются такие науки, как генетика, физиология, анатомия, морфология.

Шестой уровень – популяционно-видовой

Тут также все просто. Если некоторые организмы имеют морфологическую схожесть, то есть они примерно одинаково устроены и имеют схожий генотип, ученые их объединяют в один вид или же популяцию. Главные процессы, которые тут происходят, – это макроэволюция (то есть изменение организма под воздействием окружающей среды), а также взаимодействие между собой (это может быть как борьба за выживание, так и размножение). Изучением этих процессов занимается экология и генетика.

Седьмой уровень – биогеоценотический

Название трудновыговариваемое, но вполне простое. Происходит от слова биогеоценоз. Тут уже рассматриваются множественные процессы, в которых происходит взаимодействие организмов. Речь идет и о пищевых цепочках, о конкуренции и размножении, о взаимовлиянии организмов и окружающей среды друг на друга. Данными вопросами занимается такая наука, как экология.

Последний, восьмой уровень – биосферный

Тут уже биология призвана решать все глобальные проблемы. Ведь по сути биосфера – это огромнейшая экосистема, где происходит круговорот химических элементов и веществ, процессы превращения энергии для обеспечения жизнедеятельности всего живого на земле.

Простые выводы

Рассмотрев все уровни структурной организации живой природы, а их, как стало понятно, 8, можно представить себе картину всего живого на земле. Ведь только структурировав свои знания, можно основательно уяснить суть вышеописанного.

Как легче всего представить уровни организации живой природы? Таблица – вот что отлично иллюстрирует любой материал. Но для облегчения понимания ученые частенько в таблицу выносят всего лишь 4 объединенных уровня, представленных выше.

www.syl.ru

Курсовая работа - Уровни организации живой природы 2

Уровни организации живой материи.

Живая материя представляет иерархию взаимосвязанных и взаимоподчиненных уровней организации. Иначе говоря — жизнь имеет многоуровневую организацию.

Между прочим, это означает, что любая система может рассматриваться как элемент более высокого уровня организации и, наоборот, элемент представляет систему для более низких уровней организации. То есть каждый уровень является одновременно и системой и элементом. Например, человек как организм является системой, состоящей из элементов-органов, и в то же время он сам является элементом — членом определенной популяции людей. Такой подход справедлив к любому живому объекту.

В целом же принято рассматривать четыре уровня организации живых систем, что в значительной степени условно, так как в них можно выделить множество подуровней (табл. 1).

Таблица 1 (к сегменту 6).

Уровни и подуровни организации живых систем

Обозначенные в таблице уровни и подуровни представляют так называемые логические системы, они отражают сложность и иерархию структурно-функциональной организации биосистем в настоящее время. Кроме того, можно выделить исторические системы, условные объединения организмов, начиная с популяций, отражающие историю их происхождения и развития в ходе эволюции. Это — вид, род, семейство, отряд (порядок), класс, тип (отдел), царство, империя.

Дадим краткую характеристику структурно-функциональных (логических) уровней организации живых систем.

На уровне макромолекул степень сложности систем, по сравнению с обычными молекулами, растет. Однако этот уровень еще не достаточен для возникновения полноценной жизни.

Макромолекулами принято называть очень крупные, обычно полимерные (многозвенные) молекулы. В живых организмах различают четыре типа макромолекул: углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты (рис. 2). Они образуют химическую основу клеток, хотя некоторые углеводы и белки входят также в состав межклеточного вещества, обычно вместе с солями (основное вещество хряща, кости).

Рис. 2. Структура основных макромолекул.

Углеводы бывают простые — моносахариды (такие как глюкоза, лактоза) и сложные — полисахариды, образованные сотнями и тысячами соединенных моносахаридов. Некоторые полисахариды выполняют опорную функцию — целлюлоза (клетчатка) у растений, хитин у раков, насекомых, грибов. Но в основном углеводы используются как топливо для получения энергии (см. Тему 2).

Липиды, или жироподобные вещества, имеют длинные «хвосты» из углеродно-водородных единиц, прикрепленные к «головке» — видоизмененной молекуле глицерина. Хвосты отталкивают воду (гидрофобны), поэтому два слоя липидных молекул, обращенные друг к другу хвостами, образуют водо- и иононепроницаемую пленку — мембрану. Из мембран построены оболочки клеток и некоторых внутриклеточных органоидов. Кроме того, липиды, как и углеводы, заключают в себе много энергии и используются в качестве топлива.

Белки — основные биополимеры, так как выполняют большинство жизненных функций (см. Тему 2). Белковая цепь — полипептид — сложена из большого числа (50-100-500 и более) мономеров — аминокислот (включают аминогруппу -Nh3 и кислотную группу -COOH). Имеется 20 разновидностей аминокислот, и чередование их беспорядочно (но строго определенно для каждого вида белка), так что возможное разнообразие белковых цепей бесконечно велико, что и дает возможность белкам выполнять очень разные функции. Наибольшим разнообразием отличаются белки-ферменты — катализаторы биохимических реакций.

Нуклеиновые кислоты (от латинского nuсleus — ядро) впервые были выделены из клеточных ядер и представляют самые сложные макромолекулы. Различают дезоксирибонуклеиновую кислоту — ДНК и рибонуклеиновую кислоту — РНК. ДНК — двухцепочечный полимер, РНК — одноцепочечный. Мономерами в обоих случаях являются довольно крупные и сложные молекулы — нуклеотиды. ДНК хранит информацию о структуре всех клеточных белков, РНК способствует ее реализации в момент синтеза новых белков (подробнее об этом см. Тему 3). Фрагмент ДНК, кодирующий структуру одной молекулы белка, называетсягеном .

Макромолекулы обычно объединяются в макромолекулярные комплексы, или даже в особые структуры, называемые органоидами клетки (по аналогии с органами сложного организма). Типичными органоидами являются рибосомы — элементарные структуры, ведущие синтез белка, миофибриллы — сократимые нити в мышечных клетках, митохондрии — производители клеточной энергии, хромосомы — хранители ДНК, то есть генов.

Макромолекулы и их комплексы, гены, клеточные органоиды отвечают за отдельные свойства жизни — наследственность, синтезы, движение, энергетический обмен и др., но и эти свойства могут проявляться только в системе целостной клетки. Даже вирусы, которые считаются внеклеточными формами жизни, вне клетки представляют фактически макромолекулярные кристаллы, не способные размножаться, синтезировать белки, усваивать энергию. Поэтому некоторые ученые вообще не считают вирусы живыми образованиями.

Таким образом, отдельные молекулярно-генетические структуры не обеспечивают того критического уровня сложности, который можно было бы назвать полноценной жизнью.

Онтогенез — это индивидуальное развитие организма, начиная от одной клетки (зиготы, образующейся при слиянии яйцеклетки и сперматозоида) до взрослого многоклеточного существа со множеством специализированных тканей и органов. Необходимость объединения этих подуровней в один онтогенетический уровень вызвана двумя причинами. Во-первых, зигота — по сути обычная клетка — уже представляет организм, хотя и на одноклеточной стадии развития. Во-вторых, в природе существуют не только многоклеточные, но и одноклеточные организмы как животного, так и растительного свойства — амеба, инфузория, эвглена, хлорелла и др. Бактерии — особо мелкие и безъядерные (прокариотные) клетки — тоже самостоятельные организмы, хотя живут обычно колониями. Так что понятия «клетка» и «организм» в определенных случаях совпадают.

Из сказанного следует очень важный вывод: клетка является наименьшей, то естьэлементарной живой системой, так как ей присущи все свойства живого организма, свойства жизни как явления. Клетка, как и многоклеточный организм способна питаться, поглощать энергию, синтезировать вещества, двигаться, реагировать на раздражители, размножаться, приспосабливаться и д.т. Этому способствует достаточно высокая степень структурной дискретности — внутреннее расчленение клетки на органоиды, изолированные отсеки — особенно выраженная у высших, эукариотных клеток (рис. 3).

Рис. 3. Схема организации про- и эукариотной клеток.

Существует нерешенная проблема клеточного уровня (подуровня), связанная с наличием в природе двух типов клеточной организации — прокариот и эукариот. Прокариоты (доядерные) — это мелкие (около 1 мкм) клетки, не имеющие ядра и других органоидов, типичных для эукариот. Наследственное вещество — ДНК — лежит свободно в цитоплазме, а прочие функциональные блоки тоже представлены небольшими макромолекулярными комплексами без оболочек. К прокариотам относятся все бактерии и так называемые сине-зеленые водоросли.Эукариоты (с настоящим ядром) — крупные (10-50 и более мкм) клетки, в которых ДНК в форме хромосом заключена в ядре и большинство рабочих структур, ферментов организовано в изолированных органоидах. Изолирующую роль для ядра и органоидов выполняют такие же липидно-белковые мембраны, как и мембрана клеточной поверхности. Эукариотную организацию имеют одноклеточные простейшие (амеба, инфузория и другие) и клетки многоклеточных организмов: грибов, растений, животных, включая человека. Суть проблемы не в размерных и даже не в структурных различиях двух типов клеток, а в том, что некоторые органоиды эукариотных клеток, такие как митохондрии и хлоропласты, похожи на прокариот — бактерий и сине-зеленых водорослей. Они имеют собственную ДНК, аппарат синтеза белка (рибосомы), систему энергообеспечения и, таким образом, мало зависят от других структур клетки, в частности от ядерной ДНК. На этом основании разработана симбиотическая гипотеза о происхождении эукариотной клетки на основе симбиоза (взаимовыгодного объединения) некогда самостоятельных прокариотных клеток. В таком случае про- и эукариотные клетки не только по уровню сложности, но и по происхождению должны представлять разные — низший и высший — подуровни клеточного уровня организации. Этот пример показывает, что приведенная и общепринятая система уровней организации жизни не отражает всей сложности отношений между уровнями и подуровнями. Да и число подуровней можно увеличить, поскольку иерархическая сложность систем на самом деле значительно богаче.

Ткани и органы представляют основные промежуточные подуровни между клеткой и организмом. Естественно, что эти подуровни можно выделить только у многоклеточных животных, растений, грибов.

Например, у человека различают эпителиальную (покровную) ткань, мышечную, нервную и соединительную (рыхлую, плотную, хрящевую, костную, кровь и лимфу). Ткани состоят из клеток и межклеточного связующего вещества. Органы состоят из разных тканей. Так, сердце кроме основной мышечной ткани включает рыхлую соединительную, кровь, нервные элементы и эпителиальные оболочки. Головной мозг наряду с нервными клетками содержит питающие их кровеносные сосуды, желудочки, выстланные специальным эпителием. Многие органы объединены в системы органов (пищеварительную, кровеносную и др.).

Наконец, многоклеточныйорганизм, как и отдельная клетка, представляет законченный и устойчивый уровень биологической организации. Организм, или особь, способен к самостоятельному существованию, размножению и развитию .

Вид — важнейшая биологическая категория, которая определяется как совокупность особей (организмов), обладающих наследственным сходством по морфологическим, физиологическим, генетическим, эколого-географическим признакам, способных свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство. Со времен Карла Линнея (выдающийся шведский натуралист 18 века) биологические виды обозначаются двойным наименованием на латинском языке — первое слово обозначает род, второе — вид. Например, Phaseolus vulgaris — фасоль обыкновенная, Passer domesticus — воробей домовый, Homo sapiens — человек разумный.

Главное в определении вида (его главный критерий) — способность особей скрещиваться и, более того, оставлять плодовитое потомство. В диких условиях особи разных видов не скрещиваются. Искусственно можно скрестить лошадь и осла, но их потомство — мул — бесплодно. Так что лошадь и осел — разные виды.

Каждый вид занимает на Земле определенный ареал — территорию или акваторию (эколого-географический критерий вида). Иногда это — небольшой, изолированный участок, например, Манчжурская тайга для амурского тигра. Такие виды называют эндемичными, или эндемиками. В других случаях вид распространен по всему земному шару — виды-космополиты. Чаще ареал вида бывает разорван, вид существует отдельными группировками — популяциями.

Популяция — некоторая изолированная совокупность особей одного вида, длительное время населяющая определенный ареал и способная к свободному скрещиванию. Кроме ареала популяция имеет и определенную экологическую нишу. Если ареал — это адрес популяции, то экологическая ниша — ее образ жизни: состав пищи, враги, водный режим, ярус леса и т.п. Но главное качество популяции как единицы воспроизведения и эволюции биологических видов — доступность ее особей к свободному скрещиванию, то есть свободная комбинаторика родительских генов. Постепенное расхождение генетической структуры популяций рождает новые виды. Поэтому иногда трудно провести грань между популяцией и видом, поэтому эти категории и рассматриваются в рамках одного уровня организации (подробнее см. тему 5).

На этом уровне рассматриваются экологические системы: сообщество, биогеоценоз, биосфера.

Сообщество - совокупность популяций разных видов на определенной территории. Обычно специалисты (ботаники, зоологи, микробиологи) выделяют в сообщества объекты определенной категории: растительное сообщество — фитоценоз, сообщество животных — зооценоз, микроорганизмов — микробоценоз. Тогда совокупность всех совместно обитающих сообществ разных видов, представленных на ареале отдельными популяциями, образует высшее сообщество — биоценоз . Популяции разных видов в сообществе или биоценозе тесно взаимодействуют на основе разделения пищи и ярусов, взаимного использования продуктов обмена, отношений хищник-жертва, паразит-хозяин и т. д.

Любое живое сообщество, весь биоценоз способны существовать в определенных условиях внешней среды. Для наземных сообществ это — почва определенного типа, температура, влажность, освещенность; для водных — минеральный состав, соленость и аэрация воды, те же температура и освещенность, глубина, течения и др.Совокупность этих неживых (абиотических) факторов среды обитания сообществ обозначается как биотоп (дословно — место жизни).

Важнейшее обобщение современной экологии состоит в том, что неживая среда и населяющий ее биоценоз обмениваются веществом и энергией, находятся в тесном взаимодействии, поэтому биотоп и биоценоз складываются в единую систему — биогеоценоз . Биогеоценозы — это естественные (природные) экосистемы: лесные, степные, болотные, озерные, речные, морские и др. Но человек создает и искусственные экосистемы — в частности, агроценозы (сельскохозяйственные плантации, птицефабрики, животноводческие фермы и т.п.), аквариумы и рыборазводные пруды, очистные сооружения со специально подобранными сообществами микробов, водорослей, моллюсков-фильтраторов, наконец, космические станции с уникальным внутренним климатом и биологическим равновесием.

Высшим экосистемным объединением на Земле является биосфера - земная оболочка, населенная живыми существами .Основоположником учения о биосфере Земли является выдающийся российский натуралист и философ Владимир Иванович Вернадский (1863-1945). Основная мысль этого учения и созданной Вернадским науки биогеохимии состоит в том, что живой и неживой мир нашей планеты един, организмы и компоненты среды связаны обменом (круговоротом) веществ и энергии. Вершиной творческого наследия Вернадского является его представление о ноосфере — биосфере, обогащенной разумом человека. Разумная деятельность людей активно преобразует состав биосферы и становится все более важным фактором ее необратимой эволюции. Только к концу 20 века человечество начало понимать эту простую истину и задумалось над тем, как сохранить существующее равновесие.

Существуют ли живые системы более высоких уровней организации, чем биосфера Земли? Другими словами — существует ли жизнь вне Земли, в каких-нибудь дальних или ближних космических системах? И совсем тривиально — есть ли жизнь на Марсе? Наука пока не знает ответа на эти вопросы. Ученые предполагают, что по крайней мере на Марсе — ближайшей к нам планете — есть условия если не для жизни, то для переживания простых организмов типа бактерий в состоянии спор. При похожих условиях в ледяных толщах Антарктиды обнаружены микроорганизмы. Но Антарктида когда-то была ближе к экватору Земли, в составе единого материка Гондваны, и жизнь сохранилась здесь от давних времен. Существует ли жизнь на Марсе — должны показать ближайшие исследования этой планеты, в частности, планируемая на начало нового века экспедиция американских астронавтов.

www.ronl.ru

Уровни организации живой природы

План реферата:

1. Введение
2. Уровни организации живой природы

2.1 Молекулярный уровень

2.2 Клеточный уровень

2.3 Тканевый уровень

2.4 Органный уровень

2.5 Организменный (онтогенетический) уровень

2.6  Популяционно-видовой  уровень

2.7 Биогеоценотический уровень

3. Этапы развития

4. Причины отставания общей  экологии от других наук

Введение

      Живая материя  представляет иерархию взаимосвязанных   и взаимоподчиненных уровней  организации. Иначе говоря - жизнь  имеет многоуровневую организацию. 

      Между прочим, это означает, что любая  система  может рассматриваться  как  элемент более высокого уровня  организации и, наоборот, элемент  представляет систему для более  низких уровней организации. То  есть каждый уровень является  одновременно и системой и  элементом. Например, человек как  организм является системой, состоящей  из элементов-органов, и в то  же время он сам является  элементом - членом определенной  популяции людей. Такой подход  справедлив к любому живому  объекту.

УРОВНИ  ОРГАНИЗАЦИИ  ЖИВОЙ  ПРИРОДЫ.

1. Молекулярный. На уровне  отдельных молекул органических  веществ протекают важнейшие жизненные процессы.

2. Клеточный. Клетка - основная  единица живого. Жизнь невозможна  вне клетки.

3. Тканевый. Ткани - системы   клеток, сходных по строению и   выполняемым в организме функциям. Ткани имеются у животных и   растений.

4. Органный. Орган - часть   животного или растения, выполняющая   определённую функцию. Органы  объединяют в себе несколько   типов тканей.

5. Организменный. Организм - система органов, действующая   как единое целое. 

6. Популяционно-видовой.  Особи  одного и того же  вида, длительно  занимающие определённое  пространство, создают популяцию. 

7. Биогеоцентрический. Популяции нескольких различных видов взаимодействующие между собой, вместе с окружающей  их неживой природой объединяются  в биогеоценоз (экологическую систему).

8. Биосферный. Биосфера охватывает  все живые организмы Земли,  все проявления жизни на планете. 

1. Молекулярный уровень  организации жизни. Представлен разнообразными молекулами, находящимися в живой клетке. Компоненты: молекулы неорганических и органических соединений, молекулярные комплексы химических соединений (мембрана и др.). Основные процессы: объединение молекул в особые комплексы, осуществление физико-химических реакций в упорядоченном виде: копирование ДНК, кодирование и передача генетической информации. Науки, ведущие исследования на этом уровне: биохимия, биофизика, молекулярная биология, молекулярная генетика.

2. Клеточный  уровень организации жизни. Представлен свободноживущими одноклеточными организмами и клетками, входящими в многоклеточные организмы. Компонент: комплексы молекул химических соединений и органоиды клетки. Основные процессы: биосинтез, фотосинтез, регуляция химических реакций, деление клеток, вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы. Науки, ведущие исследования на этом уровне: генная инженерия, цитогенетика, цитология, эмбриология.

3. Тканевый  уровень организации жизни. Тканевой уровень представлен тканями, объединяющими клетки определенного строения, размеров, расположения и сходных функций. Ткани возникли в ходе исторического развития вместе с многоклеточностью. У многоклеточных организмов они образуются в процессе онтогенеза как следствие дифференциации клеток. У животных различают несколько типов тканей (эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная, а также кровь и лимфа). У растений различают меристематическую, защитную, основную и проводящую ткани. На этом уровне происходит специализация клеток.

5. Органный  уровень организации жизни. Представлен органами организмов. У простейших пищеварение, дыхание, циркуляция веществ, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счет различных органелл. У более совершенных организмов имеются системы органов. У растений и животных органы формируются за счет разного количества тканей. Для позвоночных характерна цефализация, защищающаяся в сосредоточении важнейших центров и органов чувств в голове.

6. Организменный  (онтогенетический) уровень организации жизни. Представлен одноклеточными и многоклеточными организмами растений, животных, грибов и бактерий. Компонент:  Клетка — основной структурный компонент организма. Из клеток образованы ткани и органы многоклеточного организма. Основные процессы: обмен веществ (метаболизм), раздражимость, размножение, онтогенез, нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности, гомеостаз. Науки, ведущие исследования на этом уровне: анатомия, биология развития, аутэкология, генетика, гигиена, морфология, физиология.

7. Популяционно-видовой  уровень организации жизни. Представлен в природе огромным разнообразием видов и их популяций. Компоненты: группы родственных особей, объединенных определённым генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой. Основные процессы: генетическое своеобразие, взаимодействие между популяциями, накопление элементарных эволюционных преобразований, осуществление микроэволюции и выработка адаптации к изменяющейся среде, видообразование, увеличение биоразнообразия. Науки, ведущие исследования на этом уровне: генетика популяций, эволюция, экология.

8. Биогеоценотический уровень организации жизни. Представлен разнообразием естественных и культурных биогеоценозов во всех средах жизни. Компоненты: популяции различных видов: популяция различных видов

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ

Таким образом, мы выделили восемь этапов в становлении и  развитии экологии:

Первый этап – отражает примитивные знания, накапливаемые  людьми, в т.ч. первобытными, в процессе тесного общения с природой и  ведения натурального хозяйства. Начался  за много веков до новой эры  и завершился в первые века до новой веры.

Второй этап – накопление фактического материала, но уже античными  учеными, средневековый застой. Период: I-III век до н.э. – XIV век н.э.

Третий этап – продолжение  сбора и первые попытки систематизация колоссального фактического материала, накопленного с началом великих  географических открытий и колонизацией новых стран – в эпоху Возрождения. Период: с IV по XVIII век включительно.

Четвертый этап – связан с крупными ботанико-географическими  открытиями, способствовавшими дальнейшему  развитию экологического мышления; предпосылка  экологических идей; выделены экология растений и экология животных. Период: конец XVIII – начало XIX века.

Пятый этап – становление  эволюционной экологии, углубление экологических  исследований, начало изучения взаимосвязей. Период: с начала XIX века до второй половины (1866 г.) XIX века

Шестой этап – определение  понятия "экология", доминирование  исследований аутэкологического направления  – изучение естественной совокупности видов, непрерывно перестраивающихся  применительно к изменению факторов среды, т.е. факториальной аутэкологии. М.С. Гиляров называл этот этап временем факториального редукционизма. Период: со второй половины (1866 г.) XIX до середины (1936 г.) XX века.

Седьмой этап отражает новый  – системный, подход к исследованиям  природных систем, формирование общей  экологии, как самостоятельной фундаментальной  биологической науки, доминирование  синэкологического направления – изучение процессов материально-энергетического обмена, развитие количественных методов и математического моделирования. Период: 40-70 гг. XX века. Специфика этого этапа – мнение о примате конкурентных отношений в биоценозах и принижение значимости эволюционных факторов, господство парадигмы дискретности.

Восьмой этап – "экологизация" науки; становление экологических наук, учитывающих деятельность Человека, т.е. социальной и политической направленности. Возрастание интереса к изучению популяций (демэкология), динамики формирования биогеоценозов в связи с антропогенными нарушениями. Большое внимание уделяется стационарным исследованиям. Основная методология – системный анализ. Одно из главных направлений – длительный экологический мониторинг разных уровней (наземный, региональный, глобальный и пр.). Период: с 80-х годов XX века по настоящее время. Специфика  – отказ от примата конкурентных взаимоотношений в ценозе; в фитоценологии смена парадигмы дискретности на парадигму континуальности; развитие методов и теории экологического мониторинга.В последнее десятилетие произошло объединение ряда тенденций последних периодов. Учеными признается как континуальность, так и дискретность растительного покрова – в природе есть и то и это, формируется новая парадигма – биологического разнообразия.

4. Причины отставания  общей  экологии от других  наук

Недооценка потребности  в открытии общих законов развития живого вещества; изучение взаимоотношений  организмов друг с другом и со средой должно идти с учетом огромного разнообразия животного и растительного мира и их взаимозависимости. Многие направления  экологии находятся на аналитической  стадии.

Между науками, а, следовательно, и между учеными, существуют жесткие  искусственные, в том числе психологические  барьеры. Узкому специалисту удобнее  и привычнее рассматривать "свои" предметы и явления вне существующих между ними взаимосвязей. Как сказал небезызвестный Козьма Прутков: «Узкий специалист подобен флюсу»! Но для всестороннего выявления особенностей экосистем необходимо изучение их коллективами разных специалистов. В первую очередь такие барьеры возведены между биологическими и небиологическими науками (социология, политика, экономика).

Отсутствие реальных перспектив развития общей экологии, существовавшее вплоть до середины прошлого столетия. Недопонимание того, что методы общей  экологии отличаются от методов, используемых в смежных науках (так, нельзя в  экосистеме измерять физиологические  параметры в одном месте, невозможно выделив один фактор в природе, устранить  измеряемой характеристикой проявление остальных) и что нельзя лабораторные методы переносить на природу.

Лишь в конце XX произошло  осознание того, что деятельность человека часто не только наносит  вред окружающей среде, но и угрожает самому существованию человечества. При этом в изменении структуры  и динамики экосистем резко возросла роль случайных факторов, нередко  приводящих к катастрофам с многочисленными  человеческими жертвами. Человечество лишь в последние десятилетия  начало всерьез осознавать важность для себя экологических проблем. Ведь вопрос стоит однозначно - быть или не быть на Земле технократической цивилизации. Этим и объясняется  повальная экологизация, как самой науки, так и других направлений человеческой деятельности, экологизация всевозможных производств, связанных с потреблением природных ресурсов.

stud24.ru

Структурные уровни организации живой природы

Знакомство с процессами жизни, протекающими на разных уровнях её организации, помогло представить процесс эволюции живой материи: от элементарных первичных организмов на голой Земле до богатой и разнооб­разной жизни, воплощённой в биосистемах разных уровней сложности.

Изучение структурных уровней организации живого по отдельности позволяет представить в интегрированном виде, как протекали и протекают сейчас на Земле процессы жизни, её развитие и эволюция от простых дис­кретных структур — элементарных биохимических биосистем к биосистемам организмов, а от них к биосистемам популяций и видов и, наконец, к надвидовым биосистемам биогеоценозов и биосферы.

Жизнь на Земле возникла и может существовать только в виде живых систем (биосистем). Фундаментальным признаком биосистем является их способность к самовоспроизведению. Причём воспроизводятся не только «клетка от клетки», как постулировали Р. Вирхов, Л. Пастер и другие биоло­ги, но и организм от организма, популяция от популяции, вид от вида, хо­тя и не совсем идентично, но и биогеоценоз от биогеоценоза. В этом свойст­ве живого проявляются непрерывность и преемственность, бесконечное самоподдержание жизни в её развитии и многообразии.

История Земли и многообразие условий на планете определили уни­кальнейшее свойство материи — жизнь, а процессы эволюции и естественный отбор создали огромнейшее по размаху биологическое разнообразие живой материи.

Структурно-уровневое биоразнообразие представлено биосистемами, качественно отличающимися между собой по степени (уровню) сложности.

Понятие «уровень» предполагает, что есть положение неких «высоких» ступеней относительно «низких» в развитии природных объектов. Подчинен­ность менее высоких более высоким ступеням организованности часто выра­жают термином «иерархичность». Вместе с тем понятие «уровень» служит для выражения специфических законов, свойственных различным системам, качественно отличающимся друг от друга. Разные структурные уровни разли­чают и среди систем неживой природы.

Согласно теории структурных уровней организации природы, материя в процессе эволюции последовательно проходит всё более высокие порядки (уровни) сложности и интеграции систем. При этом каждый уровень отличает­ся целостностью, своеобразием свойств и явлений, особой структурой этой целостности, величиной охвата элементов, особым функционированием в природе.

Свойства и явления систем отдельных уровней возникают как результат слияния и взаимодействия, как следствие свойств частей систем предыдущих уровней. Системное объединение таких уровней (как элементов) формирует новые структурно-функциональные особенности этих более сложных систем. Притом каждая последующая ступень в организации системы, вбирая в себя типы связей и передачу влияний предыдущих уровней, видоизменяет их и, включая в свои связи, становится более сложной по структуре и по дейст­вию. То, что было раньше относительно самостоятельным целым, превра­щается в части, компоненты более высокого уровня. Отношения между ними создают новые свойства системы. Поэтому любой структурный уровень характеризуется как неделимое целое, а особенности и значение рассматри­ваются через призму этого целого. Всё сказанное относится и к живым систе­мам — биосистемам.

Все уровни живой материи как неделимые, целостные природные объекты представляют собой биосистемы разной степени сложности. Материал с сайта http://doklad-referat.ru

Все они возникли фактически одновременно с появлением первых живых организмов ещё в очень древние времена. С тех времён и в водной среде, и по выходу из неё организмов на суше разнообразие биосистем усложнилось, создав надорганизменные и многовидовые формы. С участием естественного отбора сложилась определённая иерархия биосистем, обеспечивающая взаи­мообусловленность, целостность и устойчивость органического мира.

Любой структурный уровень организации живой материи — это непре­рывно развертывающийся в пространстве и во времени процесс протекания жизни. Распределение живой материи по определённым уровням организа­ции является условным, хотя и отражает объективную реальность.

Существенным отличием живых систем от неживых является их охва­ченность эволюционным процессом, непрерывно создающим новые формы живых существ. Многообразие форм жизни и их многофункциональность создают основу устойчивого круговорота веществ и направленных потоков энергии. В этом специфика живой материи и залог устойчивости биосферы как уникальной биосистемы планеты Земля.

• Назовите основные уровни организации живой материи.

doklad-referat.ru

Уровни организации живой природы 2

Уровни организации живой материи.

Живая материя представляет иерархию взаимосвязанных и взаимоподчиненных уровней организации. Иначе говоря - жизнь имеет многоуровневую организацию.

Между прочим, это означает, что любая система может рассматриваться как элемент более высокого уровня организации и, наоборот, элемент представляет систему для более низких уровней организации. То есть каждый уровень является одновременно и системой и элементом. Например, человек как организм является системой, состоящей из элементов-органов, и в то же время он сам является элементом - членом определенной популяции людей. Такой подход справедлив к любому живому объекту.

В целом же принято рассматривать четыре уровня организации живых систем , что в значительной степени условно, так как в них можно выделить множество подуровней (табл. 1).

Таблица 1 (к сегменту 6).

Уровни и подуровни организации живых систем

Обозначенные в таблице уровни и подуровни представляют так называемые логические системы , они отражают сложность и иерархию структурно-функциональной организации биосистем в настоящее время. Кроме того, можно выделить исторические системы , условные объединения организмов, начиная с популяций, отражающие историю их происхождения и развития в ходе эволюции. Это - вид, род, семейство, отряд (порядок), класс, тип (отдел), царство, империя.

Дадим краткую характеристику структурно-функциональных (логических) уровней организации живых систем.

На уровне макромолекул степень сложности систем, по сравнению с обычными молекулами, растет. Однако этот уровень еще не достаточен для возникновения полноценной жизни.

Макромолекулами принято называть очень крупные, обычно полимерные (многозвенные) молекулы. В живых организмах различают четыре типа макромолекул: углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты (рис. 2). Они образуют химическую основу клеток, хотя некоторые углеводы и белки входят также в состав межклеточного вещества, обычно вместе с солями (основное вещество хряща, кости).

Рис. 2 . Структура основных макромолекул.

Углеводы бывают простые - моносахариды (такие как глюкоза, лактоза) и сложные - полисахариды, образованные сотнями и тысячами соединенных моносахаридов. Некоторые полисахариды выполняют опорную функцию - целлюлоза (клетчатка) у растений, хитин у раков, насекомых, грибов. Но в основном углеводы используются как топливо для получения энергии (см. Тему 2).

Липиды, или жироподобные вещества, имеют длинные «хвосты» из углеродно-водородных единиц, прикрепленные к «головке» - видоизмененной молекуле глицерина. Хвосты отталкивают воду (гидрофобны), поэтому два слоя липидных молекул, обращенные друг к другу хвостами, образуют водо- и иононепроницаемую пленку - мембрану. Из мембран построены оболочки клеток и некоторых внутриклеточных органоидов. Кроме того, липиды, как и углеводы, заключают в себе много энергии и используются в качестве топлива.

Белки - основные биополимеры, так как выполняют большинство жизненных функций (см. Тему 2). Белковая цепь - полипептид - сложена из большого числа (50-100-500 и более) мономеров - аминокислот (включают аминогруппу -Nh3 и кислотную группу -COOH). Имеется 20 разновидностей аминокислот, и чередование их беспорядочно (но строго определенно для каждого вида белка), так что возможное разнообразие белковых цепей бесконечно велико, что и дает возможность белкам выполнять очень разные функции. Наибольшим разнообразием отличаются белки-ферменты - катализаторы биохимических реакций.

Нуклеиновые кислоты (от латинского nuсleus - ядро) впервые были выделены из клеточных ядер и представляют самые сложные макромолекулы. Различают дезоксирибонуклеиновую кислоту - ДНК и рибонуклеиновую кислоту - РНК. ДНК - двухцепочечный полимер, РНК - одноцепочечный. Мономерами в обоих случаях являются довольно крупные и сложные молекулы - нуклеотиды. ДНК хранит информацию о структуре всех клеточных белков, РНК способствует ее реализации в момент синтеза новых белков (подробнее об этом см. Тему 3). Фрагмент ДНК, кодирующий структуру одной молекулы белка, называется геном .

Макромолекулы обычно объединяются в макромолекулярные комплексы , или даже в особые структуры, называемые органоидами клетки (по аналогии с органами сложного организма). Типичными органоидами являются рибосомы - элементарные структуры, ведущие синтез белка, миофибриллы - сократимые нити в мышечных клетках, митохондрии - производители клеточной энергии, хромосомы - хранители ДНК, то есть генов.

Макромолекулы и их комплексы, гены, клеточные органоиды отвечают за отдельные свойства жизни - наследственность, синтезы, движение, энергетический обмен и др., но и эти свойства могут проявляться только в системе целостной клетки. Даже вирусы , которые считаются внеклеточными формами жизни, вне клетки представляют фактически макромолекулярные кристаллы, не способные размножаться, синтезировать белки, усваивать энергию. Поэтому некоторые ученые вообще не считают вирусы живыми образованиями.

Таким образом, отдельные молекулярно-генетические структуры не обеспечивают того критического уровня сложности, который можно было бы назвать полноценной жизнью.

Онтогенез - это индивидуальное развитие организма, начиная от одной клетки (зиготы, образующейся при слиянии яйцеклетки и сперматозоида) до взрослого многоклеточного существа со множеством специализированных тканей и органов. Необходимость объединения этих подуровней в один онтогенетический уровень вызвана двумя причинами. Во-первых, зигота - по сути обычная клетка - уже представляет организм, хотя и на одноклеточной стадии развития. Во-вторых, в природе существуют не только многоклеточные, но и одноклеточные организмы как животного, так и растительного свойства - амеба, инфузория, эвглена, хлорелла и др. Бактерии - особо мелкие и безъядерные (прокариотные) клетки - тоже самостоятельные организмы, хотя живут обычно колониями. Так что понятия «клетка» и «организм» в определенных случаях совпадают.

Из сказанного следует очень важный вывод: клетка является наименьшей, то есть элементарной живой системой , так как ей присущи все свойства живого организма, свойства жизни как явления . Клетка, как и многоклеточный организм способна питаться, поглощать энергию, синтезировать вещества, двигаться, реагировать на раздражители, размножаться, приспосабливаться и д.т . Этому способствует достаточно высокая степень структурной дискретности - внутреннее расчленение клетки на органоиды, изолированные отсеки - особенно выраженная у высших, эукариотных клеток (рис. 3).

Рис. 3 . Схема организации про- и эукариотной клеток.

Существует нерешенная проблема клеточного уровня (подуровня), связанная с наличием в природе двух типов клеточной организации - прокариот и эукариот. Прокариоты (доядерные) - это мелкие (около 1 мкм) клетки, не имеющие ядра и других органоидов, типичных для эукариот. Наследственное вещество - ДНК - лежит свободно в цитоплазме, а прочие функциональные блоки тоже представлены небольшими макромолекулярными комплексами без оболочек. К прокариотам относятся все бактерии и так называемые сине-зеленые водоросли.Эукариоты (с настоящим ядром) - крупные (10-50 и более мкм) клетки, в которых ДНК в форме хромосом заключена в ядре и большинство рабочих структур, ферментов организовано в изолированных органоидах. Изолирующую роль для ядра и органоидов выполняют такие же липидно-белковые мембраны, как и мембрана клеточной поверхности. Эукариотную организацию имеют одноклеточные простейшие (амеба, инфузория и другие) и клетки многоклеточных организмов: грибов, растений, животных, включая человека. Суть проблемы не в размерных и даже не в структурных различиях двух типов клеток, а в том, что некоторые органоиды эукариотных клеток, такие как митохондрии и хлоропласты, похожи на прокариот - бактерий и сине-зеленых водорослей. Они имеют собственную ДНК, аппарат синтеза белка (рибосомы), систему энергообеспечения и, таким образом, мало зависят от других структур клетки, в частности от ядерной ДНК. На этом основании разработана симбиотическая гипотеза о происхождении эукариотной клетки на основе симбиоза (взаимовыгодного объединения) некогда самостоятельных прокариотных клеток. В таком случае про- и эукариотные клетки не только по уровню сложности, но и по происхождению должны представлять разные - низший и высший - подуровни клеточного уровня организации. Этот пример показывает, что приведенная и общепринятая система уровней организации жизни не отражает всей сложности отношений между уровнями и подуровнями. Да и число подуровней можно увеличить, поскольку иерархическая сложность систем на самом деле значительно богаче.

Ткани и органы представляют основные промежуточные подуровни между клеткой и организмом . Естественно, что эти подуровни можно выделить только у многоклеточных животных, растений, грибов.

Например, у человека различают эпителиальную (покровную) ткань, мышечную, нервную и соединительную (рыхлую, плотную, хрящевую, костную, кровь и лимфу). Ткани состоят из клеток и межклеточного связующего вещества. Органы состоят из разных тканей. Так, сердце кроме основной мышечной ткани включает рыхлую соединительную, кровь, нервные элементы и эпителиальные оболочки. Головной мозг наряду с нервными клетками содержит питающие их кровеносные сосуды, желудочки, выстланные специальным эпителием. Многие органы объединены в системы органов (пищеварительную, кровеносную и др.).

Наконец, многоклеточный организм , как и отдельная клетка, представляет законченный и устойчивый уровень биологической организации . Организм, или особь, способен к самостоятельному существованию, размножению и развитию .

Вид - важнейшая биологическая категория, которая определяется как совокупность особей (организмов), обладающих наследственным сходством по морфологическим, физиологическим, генетическим, эколого-географическим признакам, способных свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство. Со времен Карла Линнея (выдающийся шведский натуралист 18 века) биологические виды обозначаются двойным наименованием на латинском языке - первое слово обозначает род, второе - вид. Например, Phaseolus vulgaris - фасоль обыкновенная, Passer domesticus - воробей домовый, Homo sapiens - человек разумный.

Главное в определении вида (его главный критерий) - способность особей скрещиваться и, более того, оставлять плодовитое потомство. В диких условиях особи разных видов не скрещиваются. Искусственно можно скрестить лошадь и осла, но их потомство - мул - бесплодно. Так что лошадь и осел - разные виды.

Каждый вид занимает на Земле определенный ареал - территорию или акваторию (эколого-географический критерий вида). Иногда это - небольшой, изолированный участок, например, Манчжурская тайга для амурского тигра. Такие виды называют эндемичными, или эндемиками. В других случаях вид распространен по всему земному шару - виды-космополиты. Чаще ареал вида бывает разорван, вид существует отдельными группировками - популяциями.

Популяция - некоторая изолированная совокупность особей одного вида, длительное время населяющая определенный ареал и способная к свободному скрещиванию. Кроме ареала популяция имеет и определенную экологическую нишу. Если ареал - это адрес популяции, то экологическая ниша - ее образ жизни: состав пищи, враги, водный режим, ярус леса и т.п. Но главное качество популяции как единицы воспроизведения и эволюции биологических видов - доступность ее особей к свободному скрещиванию, то есть свободная комбинаторика родительских генов. Постепенное расхождение генетической структуры популяций рождает новые виды. Поэтому иногда трудно провести грань между популяцией и видом, поэтому эти категории и рассматриваются в рамках одного уровня организации (подробнее см. тему 5).

На этом уровне рассматриваются экологические системы: сообщество, биогеоценоз, биосфера.

Сообщество - совокупность популяций разных видов на определенной территории . Обычно специалисты (ботаники, зоологи, микробиологи) выделяют в сообщества объекты определенной категории: растительное сообщество - фитоценоз, сообщество животных - зооценоз, микроорганизмов - микробоценоз. Тогда совокупность всех совместно обитающих сообществ разных видов, представленных на ареале отдельными популяциями, образует высшее сообщество - биоценоз . Популяции разных видов в сообществе или биоценозе тесно взаимодействуют на основе разделения пищи и ярусов, взаимного использования продуктов обмена, отношений хищник-жертва, паразит-хозяин и т. д.

Любое живое сообщество, весь биоценоз способны существовать в определенных условиях внешней среды . Для наземных сообществ это - почва определенного типа, температура, влажность, освещенность; для водных - минеральный состав, соленость и аэрация воды, те же температура и освещенность, глубина, течения и др. Совокупность этих неживых (абиотических) факторов среды обитания сообществ обозначается как биотоп (дословно - место жизни) .

Важнейшее обобщение современной экологии состоит в том, что неживая среда и населяющий ее биоценоз обмениваются веществом и энергией, находятся в тесном взаимодействии, поэтому биотоп и биоценоз складываются в единую систему - биогеоценоз . Биогеоценозы - это естественные (природные) экосистемы: лесные, степные, болотные, озерные, речные, морские и др. Но человек создает и искусственные экосистемы - в частности, агроценозы (сельскохозяйственные плантации, птицефабрики, животноводческие фермы и т.п.), аквариумы и рыборазводные пруды, очистные сооружения со специально подобранными сообществами микробов, водорослей, моллюсков-фильтраторов, наконец, космические станции с уникальным внутренним климатом и биологическим равновесием.

Высшим экосистемным объединением на Земле является биосфера - земная оболочка, населенная живыми существами . Основоположником учения о биосфере Земли является выдающийся российский натуралист и философ Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) . Основная мысль этого учения и созданной Вернадским науки биогеохимии состоит в том, что живой и неживой мир нашей планеты един, организмы и компоненты среды связаны обменом (круговоротом) веществ и энергии . Вершиной творческого наследия Вернадского является его представление о ноосфере - биосфере, обогащенной разумом человека . Разумная деятельность людей активно преобразует состав биосферы и становится все более важным фактором ее необратимой эволюции. Только к концу 20 века человечество начало понимать эту простую истину и задумалось над тем, как сохранить существующее равновесие.

Существуют ли живые системы более высоких уровней организации, чем биосфера Земли? Другими словами - существует ли жизнь вне Земли, в каких-нибудь дальних или ближних космических системах? И совсем тривиально - есть ли жизнь на Марсе? Наука пока не знает ответа на эти вопросы. Ученые предполагают, что по крайней мере на Марсе - ближайшей к нам планете - есть условия если не для жизни, то для переживания простых организмов типа бактерий в состоянии спор. При похожих условиях в ледяных толщах Антарктиды обнаружены микроорганизмы. Но Антарктида когда-то была ближе к экватору Земли, в составе единого материка Гондваны, и жизнь сохранилась здесь от давних времен. Существует ли жизнь на Марсе - должны показать ближайшие исследования этой планеты, в частности, планируемая на начало нового века экспедиция американских астронавтов.