Биология 10: введение

А дальше начинается бессмертие

Если на предыдущих уровнях организации материи жизнь конечна, то со следующей ступени начинается потенциальное бессмертие.

Популяционно-видовой уровень. На данном уровне в игру вступает не индивид, а группа – вид, популяция. Группа организмов одного вида транслирует из поколения в поколение свой наследственный материал, одновременно приспосабливаясь. И она становится уже единицей микроэволюции или видообразования.
Биогеоценотический уровень. На данном уровне мы говорим об экологическом сообществе различных видов животных и растений на определенной территории. Они имеют динамически равновесный и стабильный состав и постоянный круговорот веществ и энергии.
Последний уровень – биосферный. Это «живая пленка» нашей планеты, которая входит и одновременно является неотъемлемой частью глобальной экосистемы Земли.

Может, со временем человечество откроет и новый уровень организации биологических систем – межпланетный или галактический. Но пока это все, что нам известно.

1.3. Уровни организации живой природы

Уровни организации живых систем отражают соподчиненность, иерархичность структурной организации жизни; отличаются друг от друга сложностью организации системы (клетка устроена проще по сравнению с многоклеточным организмом или популяцией).

Уровень жизни – это форма и способ ее существования (вирус существует в виде молекулы ДНК или РНК, заключенной в белковую оболочку – форма существования вируса. Однако свойства живой системы вирус проявляет, только попав в клетку другого организма, где он размножается – способ его существования).

Уровни организации	Биологи-ческая система	Компоненты, образующие систему	Основные процессы
1.Молекулярно-генетический уровень	Молекула	Отдельные биополимеры (ДНК, РНК, белки, липиды, углеводы и др.);	На этом уровне жизни изучаются явления, связанные с изменениями (мутациями) и воспроизведением генетического материала, обменом веществ.
2.Клеточный	Клетка	Комплексы молекул химических соединений и органоиды клетки	Синтез специфических органических веществ; регуляция химических реакций; деление клеток; вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы
3.Тканевый	Ткань	Клетки и межклеточное вещество	Обмен веществ; раздражимость
4.Органный	Орган	Ткани разных типов	Пищеварение; газообмен; транспорт веществ; движение и др.
5. Организменный	Организм	Системы органов	Обмен веществ; раздражимость; размножение; онтогенез. Нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности. Обеспечение гармоничного соответствия организма его среде обитания
6. Популяционно-видовой	Популяция	Группы родственных особей, объединенных определенным генофондом и специфическим взаимо-действием с окружающей средой	Генетическое своеобразие; взаимодействие между особями и популяциями; накопление элементарных эволюционных преобразований; выработка адаптации к меняющимся условиям среды
7.Биогеоцено-тический	Биогеоценоз	Популяции разных видов; факторы среды; пространство с комплексом условий среды обитания	Биологический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь; подвижное равновесие между живым населением и абиотической средой; обеспечение живого населения условиями обитания и ресурсами
8.Биосферный	Биосфера	Биогеоценозы и антропогенное воздействие	Активное взаимодействие живого и неживого (косного) вещества планеты; биологический глобальный круговорот; активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы

Часть А

А1. Уровень, на котором изучаются процессы биогенной миграции атомов, называется:

1) биогеоценотический 2) биосферный3) популяционно-видовой

4) молекулярно-генетический

А2. На популяционно-видовом уровне изучают:

1) мутации генов2) взаимосвязи организмов одного вида3) системы органов

4) процессы обмена веществ в организме

А3. Поддержание относительного постоянства химического состава организма называется

1) метаболизм 2) ассимиляция 3) гомеостаз

4) адаптация

А4. Возникновение мутаций связано с таким свойством организма, как

1) наследственность 2) изменчивость 3) раздражимость

4) самовоспроизведение

А5. Какая из перечисленных биологических систем образует наиболее высокий уровень жизни?

1) клетка амебы 2) вирус оспы 3) стадо оленей

4) природный заповедник

А6. Отдергивание руки от горячего предмета – это пример

1) раздражимости 2) способности к адаптациям3) наследования признаков от родителей

4) саморегуляции

А7. Фотосинтез, биосинтез белков – это примеры

1) пластического обмена веществ 2) энергетического обмена веществ3) питания и дыхания

4) гомеостаза

А8. Какой из терминов является синонимом понятия «обмен веществ»?

1) анаболизм 2) катаболизм 3) ассимиляция

4) метаболизм

Часть В

В1. Выберите процессы, изучаемые на молекулярно-генетическом уровне жизни:

1) репликация ДНК 2) наследование болезни Дауна3) ферментативные реакции 4) строение митохондрий5) структура клеточной мембраны

6) кровообращение

В2. Соотнесите характер адаптации организмов с условиями, к которым они вырабатывались

Часть С

С1. Какие приспособления растений обеспечивают им размножение и расселение?

С2. Что общего и в чем заключаются различия между разными уровнями организации жизни?

Клеточный и тканевой

На клеточном уровне главными структурными компонентами являются клетки и процессы, происходящие в них.

Клетка считается минимальной структурной единицей всего живого. Именно в ней происходят жизненно важные процессы. Она может быть как составляющей многоклеточных организмов, так и выступать в роли самостоятельного организма.

Клетки классифицируются на 2 категории:

прокариотические;
эукариотические.

К первым относятся клетки, которые не имеют ядра. Ко вторым — с наличием такового.

Чтобы выживать и выполнять свои функции, клетка должна:

Получать и преобразовывать энергию, которую она извлекает из окружающей среды.
Пропускать и перемещать нужные ей вещества с избирательностью.
Модифицировать генетическую информацию.
Регулировать внутреннее равновесие.
Формировать новые клетки по истечении срока жизни предыдущих.

Клетки выполняют все функции, благодаря которым живут, дышат и размножаются состоящие из них организмы. Например, питание, дыхание, регуляция обмен веществ и т. д. Помимо этого, она должна взаимодействовать с мембраной и аналогичными ей элементами.

К первым относятся ткани:

образовательная (отвечает за рост и образование);
покровная (защищает растения);
основная (образует питательные вещества);
проводящая (транспортирует воду и минеральные вещества) ткани.

К животным тканям относятся:

эпителиальная (отвечает за защиту);
соединительная (транспорт веществ, защита организма);
мышечная (движение тела, опора);
нервная (отвечает за согласованную работу всех органов).

Одинаковые группы тканей образуют органы, которые составляют следующий организационный уровень.

Бессмертная «пленка» планеты

Не будем брать в кавычки первое слово заглавия, так как сохраняем уверенную надежду на то, что человечество не разрушит планету вместе с биосферой. Эта оболочка Земли, где обитают живые организмы, составляет всего 0,1% ее от массы.

Если бы мы распределили по всей поверхности планеты всю биомассу биосферы, то это был бы слой в 2 миллиметра.

Но уже начиная с первых дней появления жизни она меняла «лицо» Земли. Наличию кислорода в атмосфере мы обязаны анаэробным бактериям, жившим миллиарды лет назад, за торф, нефть, газ и каменный уголь мы также должны поблагодарить одноклеточных.

А человечество только за последние 500 лет извело с планеты более 800 биологических видов, которые природа создавала миллионы лет. И антропогенное воздействие на экосистему Земли продолжается. Свидетельств тому множество – увеличение озоновых дыр, климатические изменения, участившиеся геологические катаклизмы. Можно продолжать, но это тема другой статьи.

Единство и взаимосвязь

Иерархично сопряженные уровни, описанные выше, не всегда целесообразно выделять при рассмотрении конкретного вида или особи. Например, при изучении одноклеточных бактерий понятие вида довольно условно – бактерии живут отдельными штаммами, а по-простому семьями. И вид, и популяция, и частичка биосферы одновременно.

Главное — это то, что на любом уровне биологическая система – это открытая, способная к росту и развитию, динамически устойчивая и самовоспроизводящаяся структура, в отличие от систем неживых – закрытых, статичных, склонных к деградации. Можно рассматривать разные биологические системы, принципы их всегда будут одинаковы.

Организменный уровень

Физиология (растений и животных, высшей нервной деятельности), экспериментальная морфология, эндокринология, эмбриология, иммунология, а также ещё рад других биологических отраслей изучают процессы и явления, происходящие в особи, и согласованное функционирование её органов и систем.

На этом уровне для создания общей теории онтогенеза проводятся исследования, направленные на раскрытие причинных механизмов становления биологической организации, её дифференцировки и интеграции, реализации генетической информации в онтогенезе. Также изучаются механизмы работы органов и их систем, их роль в жизнедеятельности организма, взаимные влияния органов, нервную и гуморальную регуляцию их функций, поведение животных, приспособительные изменения и др.

На этом уровне изучаются также механизм работы органов и систем, их роль в жизнедеятельности организма, взаимоотношения органов, поведение организмов, приспособительные изменения.

В данный момент применяются методы исследования:

электрофизиологические (состоят в отведении, усилении и регистрации биоэлектрических потенциалов);
биохимические (проводится изучение эндокринной регуляции — выделение и очистка гормонов, синтез их аналогов, изучение биосинтеза и механизмов действия гормонов);
кибернетические (исследование ВНД животных и человека методом моделирования);
экспериментальные ( выработка условных рефлексов, постановка задач).

Уровни организации живой природы

Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить ее на ряд уровней.Уровень организации живой материи – это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерархии живого. Выделяют следующие уровни организации живой материи: молекулярный, субклеточный, клеточный, органно-тканевой, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, биогеоценотический, биосферный.

1. Молекулярный (молекулярно-генетический).
На этом уровне живая материя организуется в сложные высокомолекулярные органические соединения, такие, как белки, нуклеиновые кислоты и др.

2. Субклеточный (надмолекулярный).
На этом уровне живая материя организуется в органоиды: хромосомы, клеточную мембрану, эндоплазматическую сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, рибосомы и другие субклеточные структуры.

3. Клеточный. На этом уровне живая материя представлена клетками. Клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живого.

4. Органно-тканевой. На этом уровне живая материя организуется в ткани и органы. Ткань – совокупность клеток, сходных по строению и функциям, а также связанных с ними межклеточных веществ. Орган – часть многоклеточного организма, выполняющая определенную функцию или функции.

5. Организменный (онтогенетический).
На этом уровне живая материя представлена организмами. Организм (особь, индивид) – неделимая единица жизни, ее реальный носитель, характеризующийся всеми ее признаками.

6. Популяционно-видовой.
На этом уровне живая материя организуется в популяции. Популяция – совокупность особей одного вида, образующих обособленную генетическую систему, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Вид – совокупность особей (популяций особей), способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и занимающих в природе определенную область (ареал).

7. Биоценотический.
На этом уровне живая материя образует биоценозы. Биоценоз – совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.

8. Биогеоценотический. На этом уровне живая материя формирует биогеоценозы. Биогеоценоз – совокупность биоценоза и абиотических факторов среды обитания (климат, почва).

9. Биосферный. На этом уровне живая материя формирует биосферу. Биосфера – оболочка Земли, преобразованная деятельностью живых организмов.

Необходимо отметить, что биогеоценотический и биосферный уровни организации живой материи выделяют не всегда, поскольку они представлены биокосными системами, включающими не только живое вещество, но и неживое. Также часто не выделяют субклеточный и органно-тканевой уровни, включая их в клеточный и организменный соответственно.

Предсказать свойства каждого следующего уровня на основе свойств предыдущих уровней невозможно так же, как нельзя предсказать свойства воды, исходя из свойств кислорода и водорода. Такое явление носит название эмерджентность, то есть наличие у системы особых, качественно новых свойств, не присущих сумме свойств ее отдельных элементов. С другой стороны, знание особенностей отдельных составляющих системы значительно облегчает ее изучение. Таким образом, в науке вообще, и в экологии в частности, целесообразно оптимальное сочетание двух подходов к познанию окружающего мира – анализа и синтеза. Анализ –
расчленение объекта на отдельные составляющие его элементы и их последующее изучение. Синтез – исследование объекта в целом.

Предыдущие материалы:

Живое вещество. Признаки живой материи
Педосфера
Литосфера и внутреннее строение Земли
Гидросфера
Атмосфера

Следующие материалы:

Химический состав живого вещества
Систематика живых организмов
Типы питания живых организмов
Метаболизм живых организмов
Экологическая характеристика основных систематических групп организмов

Внимание!
Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к
профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные
корректировки и доработки

Узнайте стоимость своей работы

Бесплатные
корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Расчет
стоимостиГарантииОтзывы

ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ

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
.

1.4. Уровни организации жизни

Живая природа – это целостная, но неоднородная система, которой свойственна иерархическая организация. Иерархической называется такая система, в которой части (или элементы целого) расположены в порядке от высшего к низшему. Иерархический принцип организации позволяет выделить в живой природе отдельные уровни, что весьма удобно при изучении жизни как сложного природного явления. Можно выделить три основные ступени живого: микросистемы, мезосистемы и макросистемы.

Микросистемы (доорганизменная ступень) включают в себя молекулярный (молекулярно-генетический) и субклеточный уровни.

Мезосистемы (организменная ступень) включают в себя клеточный, тканевый, органный, системный, организменный (организм как единое целое), или онтогенетический, уровни.

Макросистемы (надорганизменная ступень) включают в себя популяционно-видовой, биоценотический и глобальный уровни (биосферу в целом). На каждом уровне можно выделить элементарную единицу и явление.

Элементарная единица (ЭЕ) – это структура (или объект), закономерные изменения которой (элементарные явления, ЭЯ) составляют ее вклад в развитие жизни на данном уровне.

Иерархические уровни:

1) молекулярно-генетический уровень. ЭЕ представлена геном. Ген – это участок молекулы ДНК (а у некоторых вирусов — молекулы РНК), который ответствен за формирование какого – либо одного признака. Информация, заложенная в нуклеиновых кислотах, реализуется посредством матричного синтеза белков;

2) субклеточный уровень. ЭЕ представлена какой-либо субклеточной структурой, т. е. органеллой, которая выполняет свойственные ей функции и вносит свой вклад в работу клетки в целом;

3) клеточный уровень. ЭЕ – это клетка, которая является самостоятельно функционирующей элементарной биологической системой. Только на этом уровне возможны реализация генетической информации и процессы биосинтеза. Для одноклеточных организмов этот уровень совпадает с организменным. ЭЯ – это реакции клеточного метаболизма, составляющие основу потоков энергии, информации и вещества;

4) тканевый уровень. Совокупность клеток с одинаковым типом организации составляет ткань (ЭЕ). Уровень возник с появлением многоклеточных организмов с более или менее дифференцированными тканями. Ткань функционирует как единое целое и обладает свойствами живого;

5) органный уровень. Образован совместно с функционирующими клетками, относящимися к разным тканям (ЭЕ). Всего четыре основные ткани входят в состав органов многоклеточных организмов, шесть основных тканей образуют органы растений;

6) организменный (онтогенетический) уровень. ЭЕ – это особь в ее развитии от момента рождения до прекращения ее существования в качестве живой системы. ЭЯ – это закономерные изменения организма в процессе индивидуального развития (онтогенеза). В процессе онтогенеза в определенных условиях среды происходит воплощение наследственной информации в биологические структуры, т. е. на основе генотипа особи формируется ее фенотип;

7) популяционно-видовой уровень. ЭЕ – это популяция, т. е. совокупность особей (организмов) одного вида, населяющих одну территорию и свободно скрещивающихся между собой. Популяция обладает генофондом, т. е. совокупностью генотипов всех особей. Воздействие на генофонд элементарных эволюционных факторов (мутаций, колебаний численности особей, естественного отбора) приводит к эволюционно значимым изменениям (ЭЯ);

биоценотический (экосистемный) уровень. ЭЕ – биоценоз, т. е. исторически сложившееся устойчивое сообщество популяций разных видов, связанных между собой и с окружающей неживой природой обменом веществ, энергии и информации (круговоротами), которые и представляют собой ЭЯ;

9) биосферный (глобальный) уровень. ЭЕ – биосфера (область распространения жизни на Земле), т. е. единый планетарный комплекс биогеоценозов, различных по видовому составу и характеристике абиотической (неживой) части. Биогеоценозы обусловливают все процессы, протекающие в биосфере;

10) носферный уровень. Это новое понятие было сформулировано академиком В. И. Вернадским. Он основал учение o ноосфере как сфере разума. Это составная часть биосферы, которая изменена благодаря деятельности человека.

Проверь себя

Задание 1.Какое свойство живого иллюстрирует положительный хемотаксис амёбы к питательному субстрату?

раздражимость
развитие
дискретность
целостность

Задание 2.Хлорелла — одноклеточная водоросль. Организменный уровень организации жизни у неё совпадает с…

субклеточным
молекулярным
клеточным
органно-тканевым

Задание 3.Выберите верное окончание предложения. Все организмы дискретны, то есть…

состоят из дифференцированных клеток
наследуют признаки родительских особей
размножаются
состоят из структурных единиц

Задание 4.Какое свойство живого проявляется при дыхании человека?

обмен веществ
раздражимость
размножение
наследственность

Задание 5. На каком уровне организации жизни происходит межвидовая конкуренция зайца-русака и белки в лесу?

организменный
популяционно-видовой
экосистемный
биосферный

Ответы: 1 — 1; 2 — 3; 3 — 4; 4 — 1; 5 — 3.

Соподчинение и взаимосвязь

Любой компонент биологической системы одновременно дискретен и целостен. Сложность всего живого, которая начинается на уровне организации полимерных биомолекул, продолжается на более высоких уровнях организации жизни. И если на низших уровнях биологических систем само осуществление свойств живого является необходимым условием и посылкой к более высоким уровням, то с возрастанием сложности организации свойства живого видны все четче.

Человека всегда больше всего интересовал он сам. И мы в статье рассмотрим человека как биологическую систему. При этом жизнь ведь появляется на уровне клетки, а бессмертие — на уровне популяций и биосферы.