Определение биологии как науки. Связь биологии с другими науками. Значение биологии для медицины. Определение понятия «жизнь» на современном этапе науки. Фундаментальные свойства живого.
Биология (греч. bios- «жизнь»; logos - учение) - наука о жизни (живой природе), одна из естественных наук, предметом которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. Биология изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой.
Связь биологии с другими науками: Биология тесно связана с другими науками и иногда очень трудно провести грань между ними. Изучение жизнедеятельности клетки включает в себя изучение молекулярных процессов протекающих внутри клетки, этот раздел называется молекулярная биология и иногда относится к химии а не к биологии. Химические реакции протекающие в организме изучает биохимия, наука которая существенно ближе к химии чем к биологии. Многие аспекты физического функционирования живых организмов изучает биофизика, которая очень тесно связана с физикой. Изучение большого количества биологических объектов неразрывно связано с такими науками как математическая статистика. Иногда как независимую науку выделяют экологию - науку о взаимодействии живых организмов с окружающей средой (живой и неживой природы). Как отдельная область знаний давно выделилась наука изучающая здоровье живых организмов. Эта область включает в себя ветеринарию и очень важную прикладную науку - медицину, отвечающую за здоровье людей.
Значение биологии для медицины:
Генетические исследования позволили разрабатывать методы ранней диагностики, лечения и профилактики наследственных болезней человека;
Селекция микроорганизмов позволяет получать ферменты, витамины, гормоны, необходимые для лечения ряда заболеваний;
Генная инженерия позволяет производить биологически активные соединения и лекарства;
Определение понятия «жизнь» на современном этапе науки. Фундаментальные свойства живого: Довольно трудно дать полное и однозначное определение понятию жизни, учитывая огромное разнообразие ее проявлений. В большинстве определений понятия жизни, которые давались многими учеными и мыслителями на протяжении веков, учитывались ведущие качества, отличающие живое от неживого. Например, Аристотель говорил, что жизнь - это «питание, рост и одряхление» организма; А. Л. Лавуазье определял жизнь как «химическую функцию»; Г. Р. Тревиранус считал, что жизнь есть «стойкое единообразие процессов при различии внешних влияний». Понятно, что такие определения не могли удовлетворить ученых, так как не отражали (и не могли отражать) всех свойств живой материи. Кроме того, наблюдения свидетельствуют, что свойства живого не исключительны и уникальны, как это казалось раньше, они по отдельности обнаруживаются и среди неживых объектов. А. И. Опарин определял жизнь как «особую, очень сложную форму движения материи». Это определение отражает качественное своеобразие жизни, которое нельзя свести к простым химическим или физическим закономерностям. Однако и в этом случае определение носит общий характер и не раскрывает конкретного своеобразия этого движения.
Ф. Энгельс в «Диалектике природы» писал: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является обмен веществом и энергией с окружающей средой».
Для практического применения полезны те определения, в которых заложены основные свойства, в обязательном порядке присущие всем живым формам. Вот одно из них: жизнь - это макромолекулярная открытая система, которой свойственны иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, самосохранению и саморегуляции, обмен веществ, тонко регулируемый поток энергии. Согласно данному определению жизнь представляет собой ядро упорядоченности, распространяющееся в менее упорядоченной Вселенной.
Жизнь существует в форме открытых систем. Это означает, что любая живая форма не замкнута только на себе, но постоянно обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией.
2. Эволюционно-обусловленные уровни организации жизни: Различают такие уровни организации живой материи - уровни биологической организации: молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой и экосистемный.
Молекулярный уровень организации - это уровень функционирования биологических макромолекул - биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, стероидов. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности: обмен веществ, превращение энергии, передача наследственной информации. Этот уровень изучают: биохимия, молекулярная генетика, молекулярная биология, генетика, биофизика.
Клеточный уровень - это уровень клеток (клеток бактерий, цианобактерий, одноклеточных животных и водорослей, одноклеточных грибов, клеток многоклеточных организмов). Клетка - это структурная единица живого, функциональная единица, единица развития. Этот уровень изучают цитология, цитохимия, цитогенетика, микробиология.
Тканевый уровень организации - это уровень, на котором изучается строение и функционирование тканей. Исследуется этот уровень гистологией и гистохимией.
Органный уровень организации - это уровень органов многоклеточных организмов. Изучают этот уровень анатомия, физиология, эмбриология.
Организменный уровень организации - это уровень одноклеточных, колониальных и многоклеточных организмов. Специфика организменного уровня в том, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетической информации, формирование признаков, присущих особям данного вида. Этот уровень изучается морфологией (анатомией и эмбриологией), физиологией, генетикой, палеонтологией.
Популяционно-видовой уровень - это уровень совокупностей особей - популяций и видов. Этот уровень изучается систематикой, таксономией, экологией, биогеографией, генетикой популяций. На этом уровне изучаются генетические и экологические особенности популяций, элементарные эволюционные факторы и их влияние на генофонд (микроэволюция), проблема сохранения видов.
Биогеоценотический уровень организации жизни - представлен разнообразием естественных и культурных биогеоценозов во всех средах жизни. Компоненты - Популяции различных видов; Факторы среды; Пищевые сети, потоки веществ и энергии; Основные процессы; Биохимический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь; Подвижное равновесие между живыми организмами и абиотической средой (гомеостаз); Обеспечение живых организмов условиями обитания и ресурсами (пищей и убежищем).Науки, ведущие исследования на этом уровне: Биогеография, Биогеоценология Экология
Биосферный уровень организации жизни
Представлен высшей, глобальной формой организации биосистем - биосферой. Компоненты – Биогеоценозы; Антропогенное воздействие; Основные процессы; Активное взаимодействие живого и неживого вещества планеты; Биологический глобальный круговорот веществ и энергии;
Активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы, его хозяйственная и этнокультурная деятельность
Науки, ведущие исследования на этом уровне: Экология; Глобальная экология; Космическая экология; Социальная экология.
Уровни организации органического мира – дискретные состояния биологических систем, характеризующиеся соподчиненностью, взаимосвязанностью, специфическими закономерностями.
Структурные уровни организации жизни чрезвычайно многообразны, но основными являются молекулярный, клеточный, онтогенетический, популяционно-видовой, бигиоценотический и биосферный.
1. Молекулярно-генетический уровень жизни. Важнейшими задачами биологии на этом этапе является изучение механизмов передачи генной информации, наследственности и изменчивости.
Существует несколько механизмов изменчивости на молекулярном уровне. Важнейшим из них является механизм мутации генов – непосредственное преобразование самих генов под воздействием внешних факторов. Факторами, вызывающими мутацию, являются: радиация, токсические химические соединения, вирусы.
Еще один механизм изменчивости – рекомбинация генов. Такой процесс имеет место при половом размножении у высших организмов. При этом не происходит изменения общего объема генетической информации.
Еще один механизм изменчивости был открыт лишь в 1950 –е гг. Это – неклассическая рекомбинация генов, при котором происходит общее увеличение объема генетической информации за счет включения в геном клетки новых генетических элементов. Чаще всего эти элементы привносятся в клетку вирусами.
2. Клеточный уровень. Сегодня наукой достоверно установлено, что наименьшей самостоятельной единицей строения, функционирования и развития живого организма является клетка, которая представляет собой элементарную биологическую систему, способную к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. Цитология – наука, изучающая живую клетку, ее строение, функционирование как элементарной живой системы, исследует функции отдельных клеточных компонентов, процесс воспроизводства клеток, приспособление к условиям среды и др. Также цитология исследует особенности специализированных клеток, становление их особых функций и развитие специфических клеточных структур. Таким образом, современная цитология была названа физиологией клетки.
Значительным продвижением в изучении клеток произошло в начале 19 века, было открыто и описано клеточное ядро. На основании этих исследований и была создана клеточная теория, ставшая величайшим событием в биологии 19 в. Именно эта теория послужила фундаментом для развития эмбриологии, физиологии, теории эволюции.
Важнейшая часть всех клеток – ядро, которое хранит и воспроизводит генетическую информацию, регулирует процессы обмена веществ в клетке.
Все клетки делятся на две группы:
· Прокариоты – клетки, лишенные ядра
· Эукариоты – клетки содержащие ядра
Изучая живую клетку, ученые обратили внимание на существование двух основных типов ее питания, что позволило все организмы разделить на два типа:
· Автотрофные – сами производят необходимые им питательные вещества
· Гетеротрофные – не могут обходиться без органической пищи.
Позднее были уточнены такие важные факторы, как способность организмов синтезировать необходимые вещества (витамины, гормоны), обеспечивать себя энергией, зависимость от экологической среды и др. Таким образом, сложный и дифференцированный характер связей свидетельствует о необходимости системного подхода к изучению жизни и на онтогенетическом уровне.
3. Онтогенетический уровень. Многоклеточные организмы. Этот уровень возник в результате формирования живых организмов. Основной единицей жизни выступает отдельная особь, а элементарным явлением – онтогенез. Изучением функционирования и развития многоклеточных живых организмов занимается физиология. Эта наука рассматривает механизмы действия различных функций живого организма, их связь между собой, регуляцию и приспособление к внешней среде, происхождение и становление в процессе эволюции и индивидуального развития особи. По сути дела это и есть процесс онтогенеза – развитие организма от рождения до смерти. При этом происходит рост, перемещение отдельных структур, дифференциация и усложнение организма.
Все многоклеточные организмы состоят из органов и тканей. Ткани – это группа физически объединенных клеток и межклеточных веществ для выполнения определенных функций. Их изучение является предметом гистологии.
Органы – это относительно крупные функциональные единицы, которые объединяют различные ткани в те или иные физиологические комплексы. В свою очередь органы входят в состав более крупных единиц – систем организма. Среди них выделяют нервную, пищеварительную, сердечнососудистую, дыхательную и другие системы. Внутренние органы есть только у животных.
4. Популяционно-биоценотический уровень. Это надорганизменный уровень жизни, основной единицей которого является популяция. В отличии от популяции видом называется совокупность особей, сходных по строению и физиологическим свойствам, имеющих общее происхождение, могущих свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство. Вид существует только через популяции, представляющие генетически открытые системы. Изучением популяций занимается популяционная биология.
Термин "популяция" был введен одним из основоположником генетики В. Иогансеном, который назвал так генетически неоднородную совокупность организмов. Позднее популяция стала считаться целостной системой, непрерывно взаимодействующей с окружающей средой. Именно популяции являются теми реальными системами, через которые существуют виды живых организмов.
Популяции – генетически открытые системы, так как изоляция популяций не абсолютна и периодически не бывает возможным обмен генетической информацией. Именно популяции выступают в качестве элементарных единиц эволюции, изменения их генофонда ведут к появлению новых видов.
Популяции, способны к самостоятельному существованию и трансформации, объединяются в совокупности следующего надорганизменного уровня – биоценозы. Биоценоз – совокупность популяций, проживающих на определенной территории.
Биоценоз представляет собой закрытую для чужих популяций систему, для составляющих его популяций – это открытая система.
5. Биогеоцетонический уровень. Биогеоценоз – устойчивая система, которая может существовать на протяжении длительного времени. Равновесие в живой системе динамично, т.е. представляет собой постоянное движение вокруг определенной точки устойчивости. Для ее стабильного функционирования необходимо наличие обратных связей между ее управляющей и исполняющей подсистемами. Такой способ поддержания динамического равновесия между различными элементами биогеоценоза, вызвано массовым размножением одних видов и сокращением или исчезновением других, приводящее к изменению качества окружающей среды, называют экологической катастрофой.
Биогеоценоз – это целостная саморегулирующаяся система, в которой выделяется несколько типов подсистем. Первичные системы – продуценты, непосредственно перерабатывающие неживую материю; консументы – вторичный уровень, на котором вещество и энергия получаются за счет использования продуцентов; затем идут консументы второго порядка. Также существуют падальщики и редуценты.
Через эти уровни в биогеоценозе проходит круговорот веществ: жизнь участвует в использовании, переработки и восстановлении различных структур. В биогеоценозе – однонаправленный энергетический поток. Это делает его незамкнутой системой, непрерывно связанной с соседними биогеоценозами.
Саморегуляция биогеоценлзов протекает тем успешнее, чем разнообразнее количество составляющих его элементов. От многообразия его компонентов зависит и устойчивость биогеоценозов. Выпадение одного или нескольких компонентов может привести к необратимому нарушению равновесия и гибели его как целостной системы.
6. Биосферный уровень. Это наивысший уровень организации жизни, охватывающий все явления жизни на нашей планете. Биосфера – это живое вещество планеты и преобразованная им окружающая среда. Биологический обмен веществ – это фактор, который объединяет все другие уровни организации жизни в одну биосферу. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле. Таким образом, биосфера является единой экологической системой. Изучение функционирования этой системы, ее строения и функций – важнейшая задача биологии на этом уровне жизни. Занимаются изучением этих проблем экология, биоценология и биогеохимия.
Разработка учения о биосфере неразрывно связана с именем выдающегося российского ученого В.И. Вернадского. Именно ему удалось доказать связь органического мира нашей планеты, выступающего в виде единого нераздельного целого, с геологическими процессами на Земле. Вернадский открыл и изучил биогеохимические функции живого вещества.
Вся живая природа представляет собой совокупность биологических систем разного уровня организации и различной соподчинённости.
Под уровнем организации живой материи понимают то функциональное место, которое данная биологическая структура занимает в общей системе организации природы.
Уровень организации живой материи - это совокупность количественных и качественных параметров определенной биологической системы (клетка, организм, популяция и т.д.), которые определяют условия и границы ее существования.
Выделяют несколько уровней организации живых систем, которые отражают соподчинённость, иерархичность структурной организации жизни.
- Молекулярный (молекулярно-генетический) уровень представлен отдельными биополимерами (ДНК, РНК, белками, липидами, углеводами и другими соединениями); на этом уровне жизни изучаются явления, связанные с изменениями (мутациями) и воспроизведением генетического материала, обменом веществ. Этим занимается наука - молекулярная биология.
- Клеточный уровень - уровень, на котором жизнь существует в форме клетки - структурной и функциональной единицы жизни, изучает цитология. На этом уровне изучаются такие процессы, как обмен веществ и энергии, обмен информацией, размножение, фотосинтез, передача нервного импульса и многие другие.
Клетка - структурная единица всего живого.
- Тканевый уровень изучает гистология.
Ткань - это совокупность межклеточного вещества и сходных по строению, происхождению и выполняемым функциям клеток.
- Органный уровень . Орган включает в свой состав несколько тканей.
- Организменный уровень - самостоятельное существование отдельной особи - одноклеточного или многоклеточного организма изучают например, физиология и аутэкология (экология особей). Особь как целостный организм представляет собой элементарную единицу жизни. В другой форме жизнь в природе не существует.
Организм - это реальный носитель жизни, характеризующийся всеми ее свойствами.
- Популяционно-видовой уровень - уровень, который представлен группой особей одного вида - популяцией; именно в популяции происходят элементарные эволюционные процессы (накопление, проявление и отбор мутаций). Этот уровень организации изучают такие науки как демэкология (или популяционная экология), эволюционное учение.
Популяция - это совокупность особей одного вида, длительно существующих на определенной территории, свободно скрещивающихся и относительно изолированных от других особей того же вида.
- Биогеоценотический уровень - представлен сообществами (экосистемами), состоящими из разных популяций и среды их обитания. Этот уровень организации изучает биоценология или синэкология (экология сообществ).
Биогеоценоз - это совокупность всех видов с различной сложностью организации и всех факторов среды их обитания.
- Биосферный уровень - уровень, представляющий совокупность всех биогеоценозов. В биосфере происходит круговорот веществ и превращение энергии с участием организмов.
1) Основателем экологии считается немецкий биолог Э. Геккель (1834- 1919 гг.), который впервые в 1866 г. употребил термин «экология». Он писал: «Под экологией мы подразумеваем общую науку об отношении организма и окружающей среды, куда мы относим все "условия существования" в широком смысле этого слова. Они частично являются органической частично неорганической природы».
Первоначально этой наукой была биология, изучающая популяции животных и растений в среде их обитания.
Экология изучает системы уровня выше отдельного организма. Основными объектами ее изучения являются:
популяция - группа организмов, относящихся к одному или сходным видам и занимающих определенную территорию;
экосистема , включающая биотическое сообщество (совокупность популяций на рассматриваемой территории) и среду обитания;
биосфера- область распространения жизни на Земле.
Взаимодействие Человека с Природой имеет свою специфику. Человек наделен разумом, и это дает ему возможность осознать свое место в природе и предназначение на Земле. С начала развития цивилизации Человек задумывался о своей роли в природе. Являясь, безусловно, частью природы, человек создал особую среду обитания, которая называется человеческой цивилизацией. По мере развития она все больше вступала в противоречие с природой. Сейчас человечество уже подошло к осознанию того, что дальнейшая эксплуатация природы может угрожать его собственному существованию. Цели и задачи современной экологии
Одной из главных целей современной экологии как науки является изучение основных закономерностей и развитие теории рационального взаимодействия в системе «человек - общество - природа», рассматривая человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.
Главнейшая цель современной экологии на данном этапе развития человеческого общества - вывести Человечество из глобального экологического кризиса на путь устойчивого развития, при котором будет достигнуто удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения без лишения такой возможности будущих поколении.
Для достижения этих целей экологической науке предстоит решить ряд разнообразных и сложных задач, в том числе:
разработать теории и методы оценивания устойчивости экологических систем на всех уровнях;
исследовать механизмы регуляции численности популяций и биотического разнообразия, роли биоты (флоры и фауны) как регулятора устойчивости биосферы;
изучить и создать прогнозы изменений биосферы под влиянием естественных и антропогенных факторов;
оценивать состояния и динамики природных ресурсов и экологических последствий их потребления;
разрабатывать методы управления качеством окружающей среды;
формировать понимание проблем биосферы и экологическую культуру общества.
Окружающая нас живая среда не является беспорядочным и случайным сочетанием живых существ. Она представляет собой устойчивую и организованную систему, сложившуюся в процессе эволюции органического мира. Любые системы поддаются моделированию, т.е. можно предсказать, как та или иная система отреагирует на внешнее воздействие.Системный подход - основа изучения проблем экологии. Место экологии в системе естественных наук. Современная экология относится к тому типу наук, которые возникли на стыке многих научных направлений. Она отражает как глобальность современных задач, стоящих перед человечеством, так и различные формы интеграции методов направлений и научного поиска. Превращение экологии из сугубо биологической дисциплины в отрасль знания, включившую также общественные и технические науки, в сферу деятельности, основанную на решении ряда сложнейших политических, идеологических, экономических, этических и других вопросов, обусловило ей значительное место в современной жизни, сделало ее своеобразным узлом, в котором объединяются различные направления науки и человеческой практики. Экология, на мой взгляд, все больше становится одной из наук о человеке и интересует многие научные направления. И хотя этот процесс еще весьма далек от завершения, его основные тенденции уже достаточно отчетливо просматриваются в наше время.
2) Предмет, задачи и методы экологии Экология (греч. oikos - жилище, местопребывание, logos - наука)- биологическая наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания.
Объектами экологии являются преимущественно системы выше уровня организмов, т. е. изучение организации и функционирования надорганизменных систем: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы в целом. Другими словами, главным объектом изучения в экологии являются экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания.
Задачи экологии меняются в зависимости от изучаемого уровня организации живой материи. Популяционная экология исследует закономерности динамики численности и структуры популяций, а также процессы взаимодействий (конкуренция, хищничество) между популяциями разных видов. В задачи экологии сообществ (биоценологии) входит изучение закономерностей организации различных сообществ, или биоценозов, их структуры и функционирования (круговорот веществ и трансформация энергии в цепях питания).
Главная же теоретическая и практическая задача экологии - раскрыть общие закономерности организации жизни и на этой основе разработать принципы рационального использования природных ресурсов в условиях все возрастающего влияния человека на биосферу.
В круг проблем экологии включены также вопросы экологического воспитания и просвещения, морально-этические, философские и даже правовые вопросы. Следовательно, экология становится наукой не только биологической, но и социальной. Методы экологии подразделяются на полевые (изучение жизни организмов и их сообществ в естественных условиях, т. е. длительное наблюдение в природе с помощью различной аппаратуры) и экспериментальные (эксперименты в стационарных лабораториях, где имеется возможность не только варьировать, но и строго контролировать влияние на живые организмы любых факторов по заданной программе). При этом экологи оперируют не только биологическими, но и современными физическими и химическими методами, используют моделирование биологических явлений, т. е. воспроизведение в искусственных экосистемах различных процессов, происходящих в живой природе. Посредством моделирования можно изучить поведение любой системы с целью оценки возможных последствий применения различных стратегий и методов управления ресурсами, т. е. для экологического прогнозирования. 3) В истории развития экологии как науки можно выделить три основных этапа.Первый этап - зарождение и становление экологии как науки (до 1960-х годов), когда накапливались данные о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания, были сделаны первые научные обобщения. В этот же период французский биолог Ламарк и английский священник Мальтус впервые предупреждают человечество о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу.
Второй этап - оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (после 1960-х до 1950-х годов). Начало этапа ознаменовалось выходом в свет работ русских ученыхК.Ф. Рулье, Н.А. Северцева, В.В. Докучаева, впервые обосновавших ряд принципов и понятий экологии. После исследований Ч. Дарвина в области эволюции органического мира немецкий зоолог Э. Геккель первый понял, что Дарвин называл «борьбой за существование», представляет собой самостоятельную область биологии,и назвал ее экологией (1866 г.).
Как самостоятельная наука экология окончательно оформилась в начале XX столетия. В этот период американский ученый Ч. Адаме создал первую сводку по экологии, публикуются и другие важные обобщения. Крупнейший русский ученый XX в. В.И. Вернадский создает фундаментальноеучение о биосфере.
В 1930-1940-е годы сначала английский ботаник А. Тенсли (1935 г.) выдвинулпонятие «экосистема» , а несколько позжеВ. Я. Сукачев (1940 г.) обосновал близкое ему представлениео биогеоценозе.
Третий этап (1950-е годы - до настоящего времени) - превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране окружающей человека среды. Одновременно с развитием теоретических основ экологии решались и прикладные вопросы, связанные с экологией.
В нашей стране в 1960-1980-е годы практически ежегодно правительство принимало постановления об усилении охраны природы; были изданы земельный, водный, лесной и иные кодексы. Однако, как показала практика их применения, они не дали требуемых результатов.
Сегодня Россия переживает экологический кризис: около 15% территории фактически являются зонами экологического бедствия; 85% населения дышат воздухом, загрязненным существенно выше ПДК. Растет число «экологически обусловленных» заболеваний. Наблюдается деградация и сокращение природных ресурсов.
Аналогичное положение сложилось и в других странах мира. Вопрос о том, что произойдет с человечеством в случае деградации природных экологических систем и утраты биосферой способности поддерживать биохимические циклы, становится одним из наиболее актуальных.
4) 1. Молекулярный уровень организации живой природы
Химический состав клеток: органические и неорганические вещества,
Обмен веществ(метаболизм): процессы диссимиляции и ассимиляции,
поглощение и выделение энергии.
Молекулярный уровень затрагивает все биохимические процессы, которые происходят внутри любого живого организма - от одно- до многоклеточных.
Этот уровень сложно назвать «живым» . Это скорее «биохимический» уровень - поэтому он является основой для всех остальных уровней организации живой природы. Поэтому именно он лег в основу классификации Живой природына царства - какоепитательное вещество является основным у организма:у животных - белок, у грибов - хитин, у растений это- углеводы.
Науки, которые изучают живые организмы именно на этом уровене:
2. Клеточный уровень организации живой природы
Включает в себя предыдущий - молекулярный уровень организации.
На этом уровне уже появляется термин «клетка» как «мельчайшая неделимая биологическая система»
Обмен веществ и энергии данной клетки (разный в зависимости от того, к какому царству принадлежит организм);
Органойды клетки;
Жизненные циклы - зарождение, рост и развитие и деление клеток
Науки, изучающие клеточный уровень организации :
Генетика и эмбриология изучают этот уровень, но это не основной объект изучения.
3. Тканевый уровень организации:
Включает в себя 2 предыдущих уровня - молекулярный и клеточный .
Этот уровень можно назвать « многоклеточным » - ведь ткань представляет собой совокупность клеток со сходным строением и выполняющих одинаковые функции.
Наука - Гистология
4. Органнный (ударение на первый слог) уровень организации жизни
У одноклеточных органы - это органеллы - есть общие органеллы - характерные для всех эукариотическихили прокариотических клеток, есть отличающиеся.
У многоклеточных организмов клетки общего строения и функций объединены в ткани, а те, соответственно, в органы, которые, в свою очередь, объединены в системы и должны слаженно взаимодействовать между собой.
Тканевый и органный уровни организации - изучают науки:
5. Организменный уровень
Включает в себя все предыдущие уровни: молекулярный , клеточный, тканевый уровни и органный .
На этом уровне идет деление Живой природы на царства - животных, растений и грибов.
Характеристики этого уровня:
Обмен веществ (как на уровне организма, так и на клеточном уровне тоже)
Строение (морфология) организма
Питание (обмен веществ и энергии)
Гомеостаз
Размножение
Взаимодействие между организмами (конкуренция, симбиоз и т.д.)
Взаимодействие с окружающей средой
6. Популяционно-видовой уровень организации жизни
Включает 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 (конкуренция или размножение)
микроэволюция (изменение организма под действием внешних условий)
Науки, изучающие этот уровень:
7. Биогеоценотический уровень организации жизни
На этом уровне уже учитывается почти все:
Пищевое взаимодействие организмов между собой - пищевые цепи и сети
Меж- и внутривидовое взаимодействие организмов - конкуренция и размножение
Влияние окружающей среды на организмы и, соответственно, влияние организмов на среду их обитания
Наука, изучающая этот уровень - Экология
Ну и последний уровень - высший!
8. Биосферный уровень организации живой природы
Он включает в себя:
Взаимодействие, как живых, так и неживых компонентов природы
Биогеоценозы
Влияние человека - «антропогенные факторы»
Круговорот веществ в природе
5) Экологическая система, или экосистема, - основная функциональная единица в экологии, так как в нее входят организмы и
неживая среда - компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга, и необходимые условия для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле. Терминэкосистема впервые был предложен в 1935 г. английским экологомА. Тенсли.
Таким образом, под экосистемой понимается совокупность живых организмов (сообществ) и среды их обитания, образующих благодаря круговороту веществ, устойчивую систему жизни.
Сообщества организмов связаны с неорганической средой теснейшими материально- энергетическими связями. Растения могут существовать только за счет постоянного поступления в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей. Гетеротрофы живут за счет автотрофов, но нуждаются в поступлении таких неорганических соединений, как кислород и вода.
В любом конкретном месте обитания запасов неорганических соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности населяющих его организмов, хватило бы ненадолго, если бы эти запасы не возобновлялись. Возврат биогенных элементов в среду происходит как в течение жизни организмов (в результате дыхания, экскреции, дефекации), так и после их смерти, в результате разложения трупов и растительных остатков.
Следовательно, сообщество образует с неорганической средой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемый жизнедеятельностью организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот.
Рис. 8.1. Структура биогеоценоза и схема взаимодействия между компонентами
В отечественной литературе широко применяется термин «биогеоценоз», предложенный в 1940 г.B. Н Сукачевым. По его определению, биогеоценоз - «совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, почвы и гидрологических условий), имеющая особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии».
В биогеоценозе В.Н. Сукачев выделял два блока:экотоп - совокупность условий абиотической среды ибиоценоз - совокупность всех живых организмов (рис. 8.1). Экотоп часто рассматривают как абиотическую среду, не преобразованную растениями (первичный комплекс факторов физико-географической среды), а биотоп - как совокупность элементов абиотической среды, видоизмененных средообразующей деятельностью живых организмов.
Существует мнение, что термин «биогеоценоз» в значительно большей степени отражает структурные характеристики изучаемой макросистемы, тогда как в понятие «экосистема» вкладывается, прежде всего, ее функциональная сущность. Фактически же между этими терминами различий нет.
Следует указать, что совокупность специфического физико-хи- мического окружения (биотопа) с сообществом живых организмов (биоценозом) и образует экосистему:
Экосистема = Биотоп + Биоценоз.
Равновесное (устойчивое) состояние экосистемы обеспечивается на основе круговоротов веществ (см. п. 1.5). В этих круговоротах непосредственно участвуют все составные части экосистем.
Для поддержания круговорота веществ в экосистеме необходимо наличие запаса неорганических веществ в усвояемой форме и трех функционально различных экологических групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.
Продуцентами выступают автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений (рис. 8.2).
Рис. 8.2. Продуценты
Консументы - гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его в новые формы.
Редуценты живут за счет мертвого органического вещества, переводя его вновь в неорганические соединения. Классификация эта относительная, так как и консументы, и сами продуценты выступают частично в роли редуцентов в течение жизни, выделяя в окружающую среду минеральные продукты обмена веществ.
В принципе круговорот атомов может поддерживаться в системе и без промежуточного звена - консументов, за счет деятельности двух других групп. Однако такие экосистемы встречаются скорее как исключения, например на тех участках, где функционируют сообщества, сформированные только из микроорганизмов. Роль консументов выполняют в природе в основном животные, их деятельность по поддержанию и ускорению циклической миграции атомов в экосистемах сложна и многообразна.
Масштабы экосистемы в природе весьма различны. Неодинакова также степень замкнутости поддерживаемых в них круговоротов вещества, т.е. многократность вовлечения одних и тех же элементов в циклы. В качестве отдельных экосистем можно рассматривать, например, и подушку лишайников на стволе дерева, и разрушающийся пень с его населением, и небольшой временный водоем, луг, лес, степь, пустыню, весь океан и, наконец, всю поверхность Земли, занятую жизнью.
В некоторых типах экосистем вынос вещества за их пределы настолько велик, что их стабильность поддерживается в основном за счет притока такого же количества вещества извне, тогда как внутренний круговорот малоэффективен. Таковы проточные водоемы, реки, ручьи, участки на крутых склонах гор. Другие экосистемы имеют значительно более полный круговорот веществ и относительно автономны (леса, луга, озера и т.п.).
Экосистема - практически замкнутая система. В этом состоит принципиальное отличие экосистем от сообществ и популяций, являющиеся открытыми системами, обменивающимися со средой обитания энергией, веществом и информацией.
Однако ни одна экосистема Земли не имеет полностью замкнутого круговорота, поскольку минимальный обмен массой со средой обитания все-таки происходит.
Экосистема является совокупностью взаимосвязанных энергопотребителей, совершающих работу по поддержанию ее неравновесного состояния относительно среды обитания за счет использования потока солнечной энергии.
В соответствии с иерархией сообществ жизнь на Земле проявляется и в иерархичности соответствующих экосистем. Экосистемная организация жизни является одним из необходимых условий ее существования. Как уже отмечалось, запасы биогенных элементов, необходимых для жизни организмов на Земле в целом и на каждом конкретном участке на ее поверхности, небезграничны. Лишь система круговоротов могла придать этим запасам свойство бесконечности, необходимое для продолжения жизни.
Поддерживать и осуществлять круговорот могут только функционально различные группы организмов. Функционально-экологическое разнообразие живых существ и организация потока извлекаемых из окружающей среды веществ в циклы - древнейшее свойство жизни.
С этой точки зрения устойчивое существование многих видов в экосистеме достигается за счет постоянно происходящих в ней естественных нарушений местообитаний, позволяющих новым поколениям занимать вновь освободившееся пространство.
Экосистема (экологическая система) - основная функциональная единица экологии, представляющая собой единство живых организмов и среды их обитания, организованное потоками энергии и биологическим круговоротом веществ. Это фундаментальная общность живого и среды его обитания, любая совокупность совместно обитающих живых организмов и условий их существования (рис. 8).
Рис. 8. Различные экосистемы: а - пруда средней полосы (1 - фитопланктон; 2 - зоопланктон; 3 - жуки-плавунцы (личинки и взрослые особи); 4- молодые карпы; 5 - щуки; 6 - личинки хорономид (комаров-дергунцов); 7- бактерии; 8 - насекомые прибрежной растительности; б - луга (I - абиотические вещества, т.е. основные неорганические и органические слагаемые); II- продуценты (растительность); III- макроконсументы (животные): А - травоядные (кобылки, полевые мыши и т.д.); В - косвенные или питающиеся детритом консументы, или сапробы (почвенные беспозвоночные); С- «верховые» хищники (ястребы); IV- разлагатели (гнилостные бактерии и грибы)
С функциональной точки зрения экосистему целесообразно анализировать в следующих направлениях:
1) потоки энергии;
2) пищевые цепи;
3) структура пространственно-временного разнообразия;
4) биогеохимические круговороты;
5) развитие и эволюция;
6) управление (кибернетика);
Можно также классифицировать экосистемы по:
· Структуре;
· Продуктивности;
· Устойчивости;
Типы экосистем (по Комову):
· Аккумулятивные (верховые болота);
· Транзитные (мощный вынос вещества);
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. |
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. |
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. |
Клетки и межклеточное вещество |
Обмен веществ; раздражимость |
|
|
4. |
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. |
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. |
Биосфера |
Биогеоценозы и антропогенное воздействие |
Активное взаимодействие живого и неживого (косного) вещества планеты; биологический глобальный круговорот; активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы |
ТЕМАТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ
Часть А
А1. Уровень, на котором изучаются процессы биогенной миграции атомов, называется:
1) биогеоценотический
2) биосферный
3) популяционно-видовой
4) молекулярно-генетический
А2. На популяционно-видовом уровне изучают:
1) мутации генов
2) взаимосвязи организмов одного вида
3) 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 адаптациям
3) наследования признаков от родителей
4) саморегуляции
А7. Фотосинтез, биосинтез белков – это примеры
1) пластического обмена веществ
2) энергетического обмена веществ
3) 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 Дауна
3) ферментативные реакции
4) строение митохондрий
5) 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?
