Выделяют следующие уровни организации жизни: молекулярный, клеточный, органно-тканевой (иногда их разделяют), организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный. Живая природа представляет собой систему, а различные уровни ее организации формируют ее сложное иерархическое строение, когда нижележащие более простые уровни определяют свойства вышележащих.
Так сложные органические молекулы входят в состав клеток и определяют их строение и жизнедеятельность. У многоклеточных организмов клетки организованы в ткани, несколько тканей образуют орган. Многоклеточный организм состоит из систем органов, с другой стороны, организм сам является элементарной единицей популяции и биологического вида. Сообщество представляется собой взаимодействующие популяции разных видов. Сообщество и окружающая среда формируют биогеоценоз (экосистему). Совокупность экосистем планеты Земля образует ее биосферу.
На каждом уровне возникают новые свойства живого, отсутствующие на нижележащем уровне, выделяются свои элементарные явления и элементарные единицы. При этом во многом уровни отражают ход эволюционного процесса.
Выделение уровней удобно для изучения жизни как сложного природного явления.
Рассмотрим подробнее каждый уровень организации жизни.
Молекулярный уровень
Хотя молекулы состоят из атомов, отличие живой материи от неживой начинает проявляться только на уровне молекул. Только в состав живых организмов входит большое количество сложных органических веществ – биополимеров (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот). Однако молекулярный уровень организации живого включает и неорганические молекулы, входящие в клетки и играющие важную роль в их жизнедеятельности.
Функционирование биологических молекул лежит в основе живой системы. На молекулярном уровне жизни проявляется обмен веществ и превращение энергии как химические реакции, передача и изменение наследственной информации (редупликация и мутации), а также ряд других клеточных процессов. Иногда молекулярный уровень называют молекулярно-генетическим.
Клеточный уровень жизни
Именно клетка является структурной и функциональной единицей живого. Вне клетки жизни нет. Даже вирусы могут проявлять свойства живого, лишь оказавшись в клетке хозяина. Биополимеры в полной мере проявляют свою реакционную способность будучи организованы в клетку, которую можно рассматривать как сложную систему взаимосвязанных в первую очередь различными химическими реакциями молекул.
На этом клеточном уровне проявляется феномен жизни, сопрягаются механизмы передачи генетической информации и превращения веществ и энергии.
Органно-тканевой
Ткани есть только у многоклеточных организмов. Ткань представляет собой совокупность сходных по строению и функциям клеток.
Ткани образуются в процессе онтогенеза путем дифференцировки клеток имеющих одну и ту же генетическую информацию. На этом уровне происходит специализация клеток.
У растений и животных выделяют разные типы тканей. Так у растений это меристема, защитная, основная и проводящая ткани. У животных - эпителиальная, соединительная, мышечная и нервная. Ткани могут включать перечень подтканей.
Орган обычно состоит из нескольких тканей, объединенных между собой в структурно-функциональное единство.
Органы формируют системы органов, каждая из которых отвечает за важную для организма функцию.
Органный уровень у одноклеточных организмов представлен различными органеллами клетки, выполняющими функции переваривания, выделения, дыхания и др.
Организменный уровень организации живого
Наряду с клеточным на организменном (или онтогенетическом) уровне выделяются обособленной структурные единицы. Ткани и органы не могут жить независимо, организмы и клетки (если это одноклеточный организм) могут.
Многоклеточные организмы состоят из систем органов.
На организменном уровне проявляются такие явления жизни как размножение, онтогенез, обмен веществ, раздражимость, нервно-гуморальная регуляция, гомеостаз. Другими словами, его элементарные явления составляют закономерные изменения организма в индивидуальном развитии. Элементарной единицей является особь.
Популяционно-видовой
Организмы одного вида, объединенные общим местообитанием, формируют популяцию. Вид обычно состоит из множества популяций.
Популяции имеют общий генофонд. В пределах вида они могут обмениваться генами, т. е. являются генетически открытыми системами.
В популяциях происходят элементарные эволюционные явления, приводящие в конечном итоге к видообразованию. Живая природа может эволюционировать только в надорганизменных уровнях.
На этом уровне возникает потенциальное бессмертие живого.
Биогеоценотический уровень
Биогеоценоз представляет собой взаимодействующую совокупность организмов разных видов с различными факторами среды их обитания. Элементарные явления представлены вещественно-энергетическими круговоротами, обеспечиваемыми в первую очередь живыми организмами.
Роль биогеоценотического уровня состоит в образовании устойчивых сообществ организмов разных видов, приспособленных к совместному проживанию в определенной среде обитания.
Биосфера
Биосферный уровень организации жизни - это система высшего порядка жизни на Земле. Биосфера охватывает все проявления жизни на планете. На этом уровне происходит глобальный круговорот веществ и поток энергии (охватывающий все биогеоценозы).
Лекция:
Уровневая организация и эволюция. Основные уровни организации живой природы. Биологические системы
Уровни организации живого
Жизнь имеет различные уровни организации, выделяемые наукой в иерархическом порядке и отличающиеся по сложности строения и функционирования:
Клеточный . Клетка признана наименьшей единицей живого. Из более или менее сложных клеток различной структуры состоят все живые организмы, кроме вирусов, выделенных в отдельное царство. Клетка может быть самостоятельным организмом (например, бактерии и простейшие) или составлять ткани сложного организма (тогда клетки могут иметь разное строение, быть приспособленными под конкретные функции). На клеточном уровне могут изучаться многоклеточные организмы, а также строение клеток и сложность их организации у одноклеточных.
Организменный . На этом уровне изучаются отдельные организмы, к которым относятся как многоклеточные, так и одноклеточные. На этом уровне организации биологическими науками изучаются процессы рождения, роста, питания, морфологические признаки, анатомия.
Популяционно-видовой . Изучением живого на этом уровне занимаются экология и генетика популяций. Этот уровень рассматривает общности видов и популяций, имеющих собственные отличительные признаки, их взаимодействие между собой, ареалы обитания.
Биогеоценотический, биосферный . Этот уровень организации живого рассматривает способы взаимодействия между собой популяций разных видов, изучает потоки вещества и энергии, роль факторов внешней среды. На этом уровне жизнь изучается биогеографией, биоценологией, экологией.
Биологические системы
Общими признаками биологических систем были признаны их базовые отличия от неживых. Неживые организмы могут обладать отдельными признаками живых – например реагировать на раздражения на химическом или физическом уровне, двигаться под воздействием внешних сил, расти, как химические кристаллы и т. д. Но живой организм всегда обладает не меньше чем несколькими признаками из следующего списка отличительных черт:
Клеточное строение , которое характерно только для живых организмов.
Химический состав . Для живых объектов характерным является строение из сложных органических веществ, их функциональной основой являются белки.
Наличие метаболизма и превращений энергии. Процесс жизни возможен только за счет химических превращений одних веществ в другие, обмена веществами и энергией с окружающей средой.
Гомеостаз – это саморегуляция. Сложный комплекс биохимических реакций и физических взаимодействий позволяет живому организму сохранять баланс температуры, количества жидкости, наличия определенных веществ в себе. При серьезных нарушениях этого баланса – организм может погибнуть.
Раздражимость. Это способность организма реагировать на внешние влияния – изменение температуры, освещенности, прикосновения и прочие. Эта способность помогает организму реагировать на изменения условий среды и сохранять себя в живом состоянии, избегая негативных влияний и используя для жизнеобеспечения позитивные.
Движение. Не все живые организмы обладают способностью двигаться, некоторые неподвижны в течение всей своей жизни, у других подвижны только формы для размножения, выбрасываемые во внешнюю среду. К ним можно отнести плоды высших растений, споры мхов и папоротников.
Рост и развитие. Живые организмы обладают ограниченной способностью к росту, кроме растительных, которые увеличиваются в процессе всей жизни. Тем не менее, развитие организма, усложнение и изменение его структуры происходит в течение всего периода существования.
Воспроизведение. Это базовый признак живого организма. Способность к размножению различными способами – половым, бесполым, вегетативным свойственна только живым организмам.
Эволюция. Появление с течением времени новых форм живого, вследствие изменения их строения и свойств, приспособления к другим условиям среды также относится к базовым отличительным признакам живого.
| | |
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.
Организменный | Либо особь, либо организм | Происходят процессы дифференцировки |
Популяционно-видовой | Популяция | Происходят процессы изменения генотипа в оной популяции |
Биогеоценотически-биосферный | Биогеоценоз | Происходит круговорот веществ |
Молекулярно-генетический | Деятельность - перенос генетической информации внутри клеток |
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.
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;
· эндоплазматическая сеть;
· 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.
