Pengertian biologi sebagai ilmu. Komunikasi biologi dengan ilmu-ilmu lain. Nilai biologi untuk kedokteran. Definisi konsep "kehidupan" pada tahap sains sekarang. Sifat dasar makhluk hidup.
Biologi(Yunani bios - "kehidupan"; logos - pengajaran) - ilmu kehidupan (satwa liar), salah satu ilmu alam, yang subjeknya adalah makhluk hidup dan interaksinya dengan lingkungan. Biologi mempelajari semua aspek kehidupan, khususnya struktur, fungsi, pertumbuhan, asal usul, evolusi, dan distribusi organisme hidup di Bumi. Mengklasifikasikan dan mendeskripsikan makhluk hidup, asal usul spesiesnya, interaksi satu sama lain dan dengan lingkungan.
Hubungan biologi dengan ilmu-ilmu lain: Biologi terkait erat dengan ilmu-ilmu lain dan terkadang sangat sulit untuk menarik garis di antara mereka. Studi tentang kehidupan sel mencakup studi tentang proses molekuler yang terjadi di dalam sel, bagian ini disebut biologi molekuler dan kadang-kadang mengacu pada kimia dan bukan biologi. Reaksi kimia yang terjadi di dalam tubuh dipelajari oleh biokimia, ilmu yang lebih dekat dengan kimia daripada biologi. Banyak aspek fungsi fisik organisme hidup dipelajari oleh biofisika, yang sangat erat kaitannya dengan fisika. Studi tentang sejumlah besar objek biologis terkait erat dengan ilmu-ilmu seperti statistik matematika. Terkadang ekologi dibedakan sebagai ilmu yang berdiri sendiri - ilmu tentang interaksi organisme hidup dengan lingkungan (alam hidup dan mati). Sebagai bidang ilmu tersendiri, ilmu yang mempelajari kesehatan makhluk hidup telah lama menonjol. Area ini mencakup kedokteran hewan dan ilmu terapan yang sangat penting - kedokteran, yang bertanggung jawab atas kesehatan manusia.
Pentingnya biologi untuk kedokteran:
Penelitian genetik telah memungkinkan untuk mengembangkan metode untuk diagnosis dini, pengobatan dan pencegahan penyakit keturunan manusia;
Pemilihan mikroorganisme memungkinkan untuk memperoleh enzim, vitamin, hormon yang diperlukan untuk pengobatan sejumlah penyakit;
Rekayasa genetika memungkinkan produksi senyawa dan obat-obatan yang aktif secara biologis;
Definisi konsep "kehidupan" pada tahap sains sekarang. Sifat dasar makhluk hidup : Cukup sulit untuk memberikan definisi yang lengkap dan jelas tentang konsep kehidupan, mengingat beragamnya manifestasinya. Dalam sebagian besar definisi konsep kehidupan, yang diberikan oleh banyak ilmuwan dan pemikir selama berabad-abad, kualitas utama yang membedakan yang hidup dari yang tidak hidup diperhitungkan. Misalnya, Aristoteles mengatakan bahwa hidup adalah "nutrisi, pertumbuhan, dan penuaan" tubuh; A. L. Lavoisier mendefinisikan kehidupan sebagai "fungsi kimia"; G. R. Treviranus percaya bahwa kehidupan adalah "keseragaman proses yang stabil dengan perbedaan pengaruh eksternal." Jelas bahwa definisi seperti itu tidak dapat memuaskan para ilmuwan, karena mereka tidak mencerminkan (dan tidak dapat mencerminkan) semua sifat materi hidup. Selain itu, pengamatan menunjukkan bahwa sifat-sifat makhluk hidup tidak luar biasa dan unik, seperti yang terlihat sebelumnya, mereka ditemukan secara terpisah di antara benda-benda mati. AI Oparin mendefinisikan kehidupan sebagai "bentuk pergerakan materi yang khusus dan sangat kompleks." Definisi ini mencerminkan orisinalitas kualitatif kehidupan, yang tidak dapat direduksi menjadi hukum kimia atau fisika sederhana. Namun, dalam kasus ini pun, definisi tersebut bersifat umum dan tidak mengungkapkan kekhasan khusus dari gerakan ini.
F. Engels dalam "Dialectics of Nature" menulis: "Hidup adalah cara keberadaan tubuh protein, yang titik esensialnya adalah pertukaran materi dan energi dengan lingkungan."
Untuk penerapan praktis, definisi-definisi itu berguna, yang mengandung sifat-sifat dasar yang tentu saja melekat pada semua bentuk kehidupan. Inilah salah satunya: kehidupan adalah sistem terbuka makromolekul, yang dicirikan oleh organisasi hierarkis, kemampuan untuk mereproduksi diri, pelestarian diri dan pengaturan diri, metabolisme, aliran energi yang diatur dengan baik. Menurut definisi ini, kehidupan adalah inti keteraturan yang menyebar di alam semesta yang kurang teratur.
Kehidupan ada dalam bentuk sistem terbuka. Ini berarti bahwa setiap bentuk kehidupan tidak hanya tertutup pada dirinya sendiri, tetapi terus-menerus bertukar materi, energi, dan informasi dengan lingkungan.
2. Tingkat organisasi kehidupan yang dikondisikan secara evolusioner: Ada tingkat organisasi makhluk hidup seperti itu - tingkat organisasi biologis: molekuler, seluler, jaringan, organ, organisme, spesies-populasi, dan ekosistem.
Tingkat molekuler organisasi- ini adalah tingkat fungsi makromolekul biologis - biopolimer: asam nukleat, protein, polisakarida, lipid, steroid. Dari tingkat ini, proses kehidupan yang paling penting dimulai: metabolisme, konversi energi, transmisi informasi keturunan. Tingkat ini dipelajari: biokimia, genetika molekuler, biologi molekuler, genetika, biofisika.
tingkat seluler- ini adalah tingkat sel (sel bakteri, cyanobacteria, hewan uniseluler dan ganggang, jamur uniseluler, sel organisme multiseluler). Sel adalah unit struktural makhluk hidup, unit fungsional, unit perkembangan. Tingkat ini dipelajari oleh sitologi, sitokimia, sitogenetika, mikrobiologi.
Tingkat organisasi jaringan- Ini adalah tingkat di mana struktur dan fungsi jaringan dipelajari. Tingkat ini dipelajari oleh histologi dan histokimia.
Tingkat organisasi organ- Ini adalah tingkat organ organisme multiseluler. Anatomi, fisiologi, embriologi mempelajari tingkat ini.
Tingkat organisasi organisme- ini adalah tingkat organisme uniseluler, kolonial dan multiseluler. Kekhususan tingkat organisme adalah bahwa pada tingkat ini penguraian dan implementasi informasi genetik terjadi, pembentukan fitur yang melekat pada individu dari spesies tertentu. Tingkatan ini dipelajari oleh morfologi (anatomi dan embriologi), fisiologi, genetika, paleontologi.
Tingkat populasi-spesies adalah tingkat agregat individu - populasi dan spesies. Tingkatan ini dipelajari oleh sistematika, taksonomi, ekologi, biogeografi, dan genetika populasi. Pada tingkat ini, fitur genetik dan ekologi populasi, faktor evolusi dasar dan pengaruhnya terhadap kumpulan gen (evolusi mikro), masalah konservasi spesies dipelajari.
Tingkat organisasi kehidupan biogeocenotic - diwakili oleh berbagai biogeocenosis alam dan budaya di semua lingkungan hidup . Komponen- Populasi spesies yang berbeda; faktor lingkungan ; Jaring-jaring makanan, materi dan aliran energi ; Proses dasar; Siklus biokimia dan aliran energi yang menopang kehidupan ; Memindahkan keseimbangan antara organisme hidup dan lingkungan abiotik (homeostasis) ; Menyediakan organisme hidup dengan kondisi dan sumber daya hidup (makanan dan tempat tinggal) Ilmu pengetahuan terkemuka penelitian di tingkat ini: Biogeografi, Biogeocenology Ekologi
Tingkat biosfer organisasi kehidupan
Ini diwakili oleh bentuk organisasi biosistem global tertinggi - biosfer. Komponen - Biogeocenosis; Dampak antropogenik; Proses dasar; Interaksi aktif materi hidup dan tak hidup di planet ini; Sirkulasi global materi dan energi secara biologis;
Partisipasi aktif biogeokimia manusia dalam semua proses biosfer, kegiatan ekonomi dan etnokulturalnya
Ilmu penelitian terkemuka di tingkat ini: Ekologi; Ekologi global; Ekologi luar angkasa; ekologi sosial.
Tingkat organisasi dunia organik adalah keadaan diskrit dari sistem biologis, yang dicirikan oleh subordinasi, keterkaitan, dan pola tertentu.
Tingkat struktural organisasi kehidupan sangat beragam, tetapi yang utama adalah molekuler, seluler, ontogenetik, spesies populasi, biosenotik, dan biosfer.
1. Tingkat genetik molekuler kehidupan. Tugas biologi yang paling penting pada tahap ini adalah mempelajari mekanisme transmisi informasi genetik, hereditas dan variabilitas.
Ada beberapa mekanisme variabilitas pada tingkat molekuler. Yang paling penting di antaranya adalah mekanisme mutasi gen - transformasi langsung gen itu sendiri di bawah pengaruh faktor eksternal. Faktor penyebab terjadinya mutasi adalah : radiasi, senyawa kimia toksik, virus.
Mekanisme variabilitas lainnya adalah rekombinasi gen. Proses seperti itu terjadi selama reproduksi seksual pada organisme yang lebih tinggi. Dalam hal ini, tidak ada perubahan dalam jumlah total informasi genetik.
Mekanisme variabilitas lain ditemukan hanya pada 1950-an. Ini adalah rekombinasi gen non-klasik, di mana ada peningkatan umum dalam jumlah informasi genetik karena masuknya elemen genetik baru dalam genom sel. Paling sering, elemen-elemen ini dimasukkan ke dalam sel oleh virus.
2. tingkat seluler. Saat ini, sains telah dengan andal menetapkan bahwa unit independen terkecil dari struktur, fungsi, dan perkembangan organisme hidup adalah sel, yang merupakan sistem biologis dasar yang mampu memperbarui diri, mereproduksi, dan mengembangkan diri. Sitologi adalah ilmu yang mempelajari sel hidup, strukturnya, berfungsi sebagai sistem kehidupan dasar, mengeksplorasi fungsi komponen seluler individu, proses reproduksi sel, adaptasi dengan kondisi lingkungan, dll. Sitologi juga mempelajari fitur sel khusus, pembentukan fungsi khusus mereka dan pengembangan struktur seluler tertentu. Dengan demikian, sitologi modern disebut fisiologi sel.
Kemajuan yang signifikan dalam studi sel terjadi pada awal abad ke-19, ketika inti sel ditemukan dan dijelaskan. Berdasarkan studi tersebut, teori seluler diciptakan, yang menjadi peristiwa terbesar dalam biologi pada abad ke-19. Teori inilah yang menjadi landasan bagi perkembangan embriologi, fisiologi, dan teori evolusi.
Bagian terpenting dari semua sel adalah nukleus, yang menyimpan dan mereproduksi informasi genetik, mengatur proses metabolisme dalam sel.
Semua sel dibagi menjadi dua kelompok:
Prokariota - sel yang tidak memiliki nukleus
eukariota adalah sel yang mengandung inti
Mempelajari sel hidup, para ilmuwan menarik perhatian pada keberadaan dua jenis utama nutrisinya, yang memungkinkan semua organisme dibagi menjadi dua jenis:
Autotrofik - menghasilkan nutrisi sendiri
· Heterotrofik - tidak dapat hidup tanpa makanan organik.
Kemudian, faktor-faktor penting seperti kemampuan organisme untuk mensintesis zat yang diperlukan (vitamin, hormon), menyediakan energi bagi diri mereka sendiri, ketergantungan pada lingkungan ekologis, dll. Diklarifikasi.Dengan demikian, sifat hubungan yang kompleks dan berbeda menunjukkan perlunya untuk pendekatan sistematis untuk studi kehidupan di tingkat ontogenetik. .
3. tingkat ontogenetik. organisme multiseluler. Tingkat ini muncul sebagai hasil dari pembentukan organisme hidup. Unit dasar kehidupan adalah individu, dan fenomena dasar adalah ontogenesis. Fisiologi berkaitan dengan studi tentang fungsi dan perkembangan organisme hidup multiseluler. Ilmu ini mempertimbangkan mekanisme aksi berbagai fungsi organisme hidup, hubungannya satu sama lain, pengaturan dan adaptasi terhadap lingkungan eksternal, asal dan pembentukan dalam proses evolusi dan perkembangan individu individu. Faktanya, ini adalah proses ontogenesis - perkembangan organisme dari lahir hingga mati. Dalam hal ini, pertumbuhan, pergerakan struktur individu, diferensiasi dan komplikasi organisme terjadi.
Semua organisme multiseluler terdiri dari organ dan jaringan. Jaringan adalah sekelompok sel yang terhubung secara fisik dan zat antar sel untuk melakukan fungsi tertentu. Studi mereka adalah subjek histologi.
Organ adalah unit fungsional yang relatif besar yang menggabungkan berbagai jaringan menjadi kompleks fisiologis tertentu. Pada gilirannya, organ adalah bagian dari unit yang lebih besar - sistem tubuh. Diantaranya adalah sistem saraf, pencernaan, kardiovaskular, pernapasan dan lainnya. Hanya hewan yang memiliki organ dalam.
4. Tingkat populasi-biosenotik. Ini adalah tingkat kehidupan supra-organisme, unit dasarnya adalah populasi. Berbeda dengan populasi, spesies adalah kumpulan individu yang serupa dalam struktur dan sifat fisiologis, memiliki asal yang sama, dan dapat dengan bebas kawin silang dan menghasilkan keturunan yang subur. Suatu spesies hanya ada melalui populasi yang mewakili sistem terbuka secara genetik. Biologi populasi adalah studi tentang populasi.
Istilah "populasi" diperkenalkan oleh salah satu pendiri genetika, V. Johansen, yang menyebutnya sebagai kumpulan organisme yang heterogen secara genetik. Kemudian, penduduk mulai dianggap sebagai suatu sistem yang integral, terus menerus berinteraksi dengan lingkungan. Ini adalah populasi yang merupakan sistem nyata di mana spesies organisme hidup ada.
Populasi secara genetik sistem terbuka, karena isolasi populasi tidak mutlak dan pertukaran informasi genetik tidak mungkin dari waktu ke waktu. Populasilah yang bertindak sebagai unit dasar evolusi; perubahan dalam kumpulan gen mereka menyebabkan munculnya spesies baru.
Populasi yang mampu berdiri sendiri dan bertransformasi disatukan dalam agregat tingkat supraorganismal berikutnya - biocenosis. Biocenosis - satu set populasi yang tinggal di daerah tertentu.
Biocenosis adalah sistem tertutup untuk populasi asing, untuk populasi penyusunnya adalah sistem terbuka.
5. tingkat biogeosetonik. Biogeocenosis adalah sistem stabil yang dapat bertahan lama. Kesetimbangan dalam sistem kehidupan bersifat dinamis, yaitu mewakili gerakan konstan di sekitar titik stabilitas tertentu. Untuk fungsi yang stabil, perlu ada umpan balik antara kontrol dan subsistem pelaksana. Cara menjaga keseimbangan dinamis antara berbagai elemen biogeocenosis, yang disebabkan oleh reproduksi massal beberapa spesies dan pengurangan atau hilangnya spesies lain, yang mengarah pada perubahan kualitas lingkungan, disebut bencana ekologis.
Biogeocenosis adalah sistem pengaturan mandiri integral di mana beberapa jenis subsistem dibedakan. Sistem primer adalah produsen yang secara langsung memproses benda mati; konsumen - tingkat sekunder di mana materi dan energi diperoleh melalui penggunaan produsen; kemudian datang konsumen tingkat kedua. Ada juga pemulung dan pengurai.
Siklus zat melewati level ini dalam biogeocenosis: kehidupan terlibat dalam penggunaan, pemrosesan, dan pemulihan berbagai struktur. Dalam biogeocenosis - aliran energi searah. Ini membuatnya menjadi sistem terbuka, terus terhubung dengan biogeocenosis tetangga.
Pengaturan diri biogeosen berlangsung semakin berhasil, semakin beragam jumlah elemen penyusunnya. Kestabilan biogeocenosis juga bergantung pada keragaman komponennya. Hilangnya satu atau lebih komponen dapat menyebabkan ketidakseimbangan ireversibel dan kematiannya sebagai sistem yang tidak terpisahkan.
6. tingkat biosfer. Ini adalah organisasi kehidupan tingkat tertinggi, yang mencakup semua fenomena kehidupan di planet kita. Biosfer adalah materi hidup planet dan lingkungan yang diubah olehnya. Metabolisme biologis adalah faktor yang menyatukan semua tingkat organisasi kehidupan lainnya menjadi satu biosfer. Pada tingkat ini, terjadi sirkulasi zat dan transformasi energi yang terkait dengan aktivitas vital semua organisme hidup yang hidup di Bumi. Dengan demikian, biosfer adalah sistem ekologi tunggal. Studi tentang fungsi sistem ini, struktur dan fungsinya adalah tugas biologi yang paling penting pada tingkat kehidupan ini. Ekologi, biocenologi dan biogeokimia terlibat dalam studi masalah ini.
Perkembangan doktrin biosfer terkait erat dengan nama ilmuwan Rusia yang luar biasa V.I. Vernadsky. Dialah yang berhasil membuktikan hubungan dunia organik planet kita, bertindak sebagai satu kesatuan yang tak terpisahkan, dengan proses geologis di Bumi. Vernadsky menemukan dan mempelajari fungsi biogeokimia materi hidup.
Semua satwa liar adalah kumpulan sistem biologis dari berbagai tingkat organisasi dan subordinasi yang berbeda.
Tingkat organisasi makhluk hidup dipahami sebagai tempat fungsional yang ditempati oleh struktur biologis tertentu dalam sistem umum organisasi alam.
Tingkat organisasi makhluk hidup adalah seperangkat parameter kuantitatif dan kualitatif dari sistem biologis tertentu (sel, organisme, populasi, dll.), Yang menentukan kondisi dan batas keberadaannya.
Ada beberapa tingkat organisasi sistem kehidupan, yang mencerminkan subordinasi, hierarki organisasi struktural kehidupan.
- Tingkat molekuler (molekul-genetik) diwakili oleh biopolimer individu (DNA, RNA, protein, lipid, karbohidrat dan senyawa lainnya); pada tingkat kehidupan ini, fenomena yang terkait dengan perubahan (mutasi) dan reproduksi materi genetik, metabolisme dipelajari. Ini adalah ilmu biologi molekuler.
- selulertingkat- tingkat di mana kehidupan ada dalam bentuk sel - unit struktural dan fungsional kehidupan, dipelajari oleh sitologi. Pada tingkat ini, proses seperti metabolisme dan energi, pertukaran informasi, reproduksi, fotosintesis, transmisi impuls saraf, dan banyak lainnya dipelajari.
Sel adalah unit struktural dari semua makhluk hidup.
- tingkat jaringan mempelajari histologi.
Jaringan adalah kombinasi zat antar sel dan sel yang serupa dalam struktur, asal dan fungsi.
- Organtingkat. Suatu organ mengandung beberapa jaringan.
- organismetingkat- keberadaan independen dari satu individu - organisme uniseluler atau multiseluler, misalnya, dipelajari oleh fisiologi dan autekologi (ekologi individu). Seorang individu sebagai organisme integral adalah unit dasar kehidupan. Kehidupan di alam tidak ada dalam bentuk lain.
Suatu organisme adalah pembawa kehidupan yang nyata, dicirikan oleh semua sifatnya.
- populasi-spesiestingkat- tingkat, yang diwakili oleh sekelompok individu dari spesies yang sama - populasi; dalam populasi itulah proses evolusi dasar (akumulasi, manifestasi, dan seleksi mutasi) terjadi. Tingkat organisasi ini dipelajari oleh ilmu-ilmu seperti de-ekologi (atau ekologi populasi), doktrin evolusioner.
Populasi adalah kumpulan individu sejenis yang ada dalam waktu lama di suatu daerah tertentu, saling kawin secara bebas dan relatif terisolasi dari individu lain yang sejenis.
- Biogeosenosistingkat- diwakili oleh komunitas (ekosistem) yang terdiri dari berbagai populasi dan habitatnya. Tingkat organisasi ini dipelajari oleh biocenology atau synecology (ekologi komunitas).
Biogeocenosis adalah kombinasi dari semua spesies dengan kompleksitas organisasi yang bervariasi dan semua faktor habitatnya.
- biosfertingkat- tingkat yang mewakili totalitas semua biogeocenosis. Di biosfer, sirkulasi zat dan transformasi energi dengan partisipasi organisme terjadi.
1) Ahli biologi Jerman dianggap sebagai pendiri ekologi E. Haeckel(1834-1919), yang pertama kali pada tahun 1866 menggunakan istilah "ekologi". Dia menulis: "Dengan ekologi, yang kami maksud adalah ilmu umum tentang hubungan antara organisme dan lingkungan, di mana kami memasukkan semua "kondisi keberadaan" dalam arti kata yang luas. Mereka sebagian organik dan sebagian anorganik.”
Awalnya, ilmu ini adalah biologi, yang mempelajari populasi hewan dan tumbuhan di habitatnya.
Ekologi mempelajari sistem pada tingkat di atas organisme individu. Objek utama studinya adalah:
populasi - sekelompok organisme yang tergolong spesies yang sama atau sejenis dan menempati suatu wilayah tertentu;
ekosistem, termasuk komunitas biotik (totalitas populasi di wilayah yang dipertimbangkan) dan habitatnya;
lingkungan- bidang kehidupan di bumi.
Interaksi Manusia dengan Alam memiliki kekhasan tersendiri. Manusia diberkahi dengan akal, dan ini memberinya kesempatan untuk menyadari tempatnya di alam dan tujuannya di Bumi. Sejak awal perkembangan peradaban, Manusia telah memikirkan perannya di alam. Menjadi, tentu saja, bagian dari alam, manusia menciptakan lingkungan khusus, yang disebut peradaban manusia. Seiring perkembangannya, ia semakin berkonflik dengan alam. Sekarang umat manusia telah menyadari bahwa eksploitasi alam lebih lanjut dapat mengancam keberadaannya sendiri. Maksud dan tujuan ekologi modern
Salah satu tujuan utama ekologi modern sebagai ilmu adalah untuk mempelajari hukum-hukum dasar dan mengembangkan teori interaksi rasional dalam sistem "manusia - masyarakat - alam", mengingat masyarakat manusia sebagai bagian integral dari biosfer.
Tujuan utama ekologi modern pada tahap perkembangan masyarakat manusia ini - untuk memimpin umat manusia keluar dari krisis ekologi global ke jalan pembangunan berkelanjutan, di mana kepuasan kebutuhan vital generasi sekarang akan dicapai tanpa menghilangkan kesempatan seperti itu bagi generasi mendatang.
Untuk mencapai tujuan ini, ilmu lingkungan harus menyelesaikan sejumlah tugas yang beragam dan kompleks, termasuk:
mengembangkan teori dan metode untuk menilai keberlanjutan sistem ekologi di semua tingkatan;
mempelajari mekanisme pengaturan jumlah populasi dan keanekaragaman biotik, peran biota (flora dan fauna) sebagai pengatur stabilitas biosfer;
mempelajari dan membuat prakiraan perubahan biosfer di bawah pengaruh faktor alam dan antropogenik;
mengevaluasi keadaan dan dinamika sumber daya alam dan konsekuensi lingkungan dari konsumsinya;
mengembangkan metode pengelolaan kualitas lingkungan;
untuk membentuk pemahaman tentang masalah biosfer dan budaya ekologis masyarakat.
Mengelilingi kita lingkungan hidup bukanlah kombinasi makhluk hidup yang acak dan acak. Ini adalah sistem yang stabil dan terorganisir yang telah berkembang dalam proses evolusi dunia organik. Sistem apa pun dapat menerima pemodelan, mis. adalah mungkin untuk memprediksi bagaimana sistem ini atau itu akan bereaksi terhadap pengaruh eksternal.Pendekatan sistem adalah dasar untuk mempelajari masalah lingkungan. Tempat ekologi dalam sistem ilmu alam. Ekologi modern termasuk dalam jenis ilmu yang muncul di persimpangan banyak bidang ilmiah. Ini mencerminkan sifat global dari tugas-tugas modern yang dihadapi umat manusia, dan berbagai bentuk integrasi metode pengarahan dan penelitian ilmiah. Transformasi ekologi dari disiplin biologi murni menjadi cabang pengetahuan, yang juga mencakup ilmu-ilmu sosial dan teknis, menjadi bidang kegiatan yang didasarkan pada pemecahan sejumlah masalah politik, ideologis, ekonomi, etika, dan lainnya yang kompleks, telah menentukan tempatnya yang signifikan dalam kehidupan modern, menjadikannya semacam simpul, yang menggabungkan berbagai bidang ilmu pengetahuan dan praktik manusia. Ekologi, menurut pendapat saya, semakin menjadi salah satu ilmu manusia dan menarik bagi banyak bidang ilmiah. Dan meskipun proses ini masih sangat jauh dari selesai, tren utamanya sudah cukup jelas terlihat di zaman kita.
2) Mata pelajaran, tugas dan metode ekologi Ekologi(Oikos Yunani - tempat tinggal, tempat tinggal, logo - sains) - ilmu biologi tentang hubungan antara makhluk hidup dan lingkungannya.
Objek ekologi sebagian besar adalah sistem di atas tingkat organisme, yaitu, studi tentang organisasi dan fungsi sistem supraorganismal: populasi, biocenosis (komunitas), biogeocenosis (ekosistem) dan biosfer secara keseluruhan. Dengan kata lain, objek utama studi ekologi adalah ekosistem, yaitu kompleks alam terpadu yang dibentuk oleh organisme hidup dan lingkungan.
Tugas ekologi berubah tergantung pada tingkat organisasi makhluk hidup yang dipelajari. Ekologi populasi mengeksplorasi pola dinamika dan struktur populasi, serta proses interaksi (kompetisi, predasi) antara populasi spesies yang berbeda. Untuk tugas ekologi komunitas (biocenology) mencakup studi tentang pola organisasi berbagai komunitas, atau biocenosis, struktur dan fungsinya (sirkulasi zat dan transformasi energi dalam rantai makanan).
Tugas utama teoretis dan praktis ekologi adalah mengungkapkan pola umum organisasi kehidupan dan, atas dasar ini, mengembangkan prinsip-prinsip penggunaan sumber daya alam secara rasional dalam menghadapi pengaruh manusia yang terus meningkat di biosfer.
Kisaran masalah lingkungan juga mencakup masalah pendidikan dan pencerahan lingkungan, masalah moral, etika, filosofis dan bahkan hukum. Akibatnya, ekologi menjadi ilmu tidak hanya biologi, tetapi juga sosial. Metode ekologi dibagi menjadi bidang(studi tentang kehidupan organisme dan komunitasnya dalam kondisi alami, yaitu pengamatan jangka panjang di alam dengan menggunakan berbagai peralatan) dan eksperimental(percobaan di laboratorium stasioner, di mana dimungkinkan tidak hanya untuk memvariasikan, tetapi juga secara ketat mengontrol efek dari faktor apa pun pada organisme hidup sesuai dengan program yang diberikan). Pada saat yang sama, ahli ekologi beroperasi tidak hanya dengan biologi, tetapi juga dengan metode fisik dan kimia modern, menggunakan pemodelan fenomena biologi, yaitu, reproduksi dalam ekosistem buatan dari berbagai proses yang terjadi pada satwa liar. Melalui pemodelan, dimungkinkan untuk mempelajari perilaku sistem apa pun untuk menilai kemungkinan konsekuensi dari penerapan berbagai strategi dan metode pengelolaan sumber daya, yaitu untuk peramalan lingkungan. 3) Dalam sejarah perkembangan ekologi sebagai ilmu, dapat dibedakan tiga tahapan utama. Tahap pertama - asal usul dan perkembangan ekologi sebagai ilmu (hingga 1960-an), ketika data tentang hubungan organisme hidup dengan lingkungannya dikumpulkan, generalisasi ilmiah pertama dibuat. Pada periode yang sama, ahli biologi Prancis Lamarck dan pendeta Inggris Malthus untuk pertama kalinya memperingatkan umat manusia tentang kemungkinan konsekuensi negatif dari dampak manusia terhadap alam.
Fase kedua - pendaftaran ekologi sebagai cabang pengetahuan independen (setelah 1960-an hingga 1950-an). Awal panggung ditandai dengan publikasi karya-karya ilmuwan Rusia K.F. Penguasa, N.A. Severtseva, V.V. Dokuchaev, yang pertama kali memperkuat sejumlah prinsip dan konsep ekologi. Setelah studi Charles Darwin di bidang evolusi dunia organik, ahli zoologi Jerman E. Haeckel adalah orang pertama yang memahami apa yang disebut Darwin sebagai "perjuangan untuk keberadaan", adalah bidang biologi yang independen, dan menyebutnya ekologi(1866).
Sebagai ilmu yang mandiri, ekologi akhirnya terbentuk pada awal abad ke-20. Selama periode ini, ilmuwan Amerika C. Adams menciptakan ringkasan ekologi pertama, dan generalisasi penting lainnya diterbitkan. Ilmuwan Rusia terbesar abad XX. DI DAN. Vernadsky menciptakan fundamental doktrin biosfer.
Pada tahun 1930-an-1940-an, pada awalnya, ahli botani Inggris A. Tensley (1935) mengemukakan konsep "ekosistem", dan beberapa saat kemudian V. Ya. Sukachev(1940) memperkuat konsep yang dekat dengannya tentang biogeocenosis.
Tahap ketiga(1950-an - hingga sekarang) - transformasi ekologi menjadi ilmu yang kompleks, termasuk ilmu-ilmu perlindungan lingkungan manusia. Bersamaan dengan berkembangnya landasan teoritis ekologi, isu-isu terapan terkait ekologi juga terpecahkan.
Di negara kita, pada 1960-an-1980-an, hampir setiap tahun pemerintah mengadopsi resolusi untuk memperkuat perlindungan alam; Tanah, air, hutan dan kode lainnya diterbitkan. Namun, seperti yang ditunjukkan oleh praktik aplikasi mereka, mereka tidak memberikan hasil yang diperlukan.
Saat ini Rusia sedang mengalami krisis ekologis: sekitar 15% wilayah sebenarnya adalah zona bencana ekologis; 85% populasi menghirup udara yang tercemar secara signifikan di atas MPC. Jumlah penyakit yang "disebabkan oleh lingkungan" semakin meningkat. Terjadi degradasi dan pengurangan sumber daya alam.
Situasi serupa telah berkembang di negara-negara lain di dunia. Pertanyaan tentang apa yang akan terjadi pada umat manusia jika terjadi degradasi sistem ekologi alam dan hilangnya kemampuan biosfer untuk mempertahankan siklus biokimia menjadi salah satu yang paling mendesak.
4) 1. Tingkat molekuler organisasi alam hidup
Komposisi kimia sel: zat organik dan anorganik,
Metabolisme (metabolisme): proses disimilasi dan asimilasi,
penyerapan dan pelepasan energi.
Tingkat molekuler mempengaruhi semua proses biokimia yang terjadi di dalam organisme hidup - dari uniseluler hingga multiseluler.
Ini tingkat sulit untuk disebut "hidup". Ini lebih merupakan tingkat "biokimia" - oleh karena itu, ini adalah dasar untuk semua tingkat organisasi satwa liar lainnya. Oleh karena itu, dialah yang membentuk dasar klasifikasi Satwa Liar ke kerajaan yang gizi adalah yang utama dalam tubuh: pada hewan - protein, pada jamur - kitin, pada tumbuhan adalah karbohidrat.
Ilmu yang mempelajari organisme hidup pada tingkat ini:
2. Organisasi satwa liar tingkat seluler
Termasuk sebelumnya - tingkat molekuler organisasi.
Pada level ini, istilah "sel" sudah muncul sebagai "sistem biologis terkecil yang tak terpisahkan"
Metabolisme dan energi sel tertentu (berbeda tergantung pada kingdom mana organisme itu berasal);
Organoid sel;
Siklus hidup - asal, pertumbuhan dan perkembangan dan pembelahan sel
Ilmu yang dipelajari tingkat organisasi seluler:
Genetika dan embriologi mempelajari tingkat ini, tetapi ini bukan objek studi utama.
3. Tingkat organisasi jaringan:
Termasuk 2 level sebelumnya - molekuler dan seluler.
Level ini bisa disebutmultiseluler "- lagi pula, kainnya adalahkumpulan sel dengan struktur yang sama dan melakukan fungsi yang sama.
Sains - Histologi
4. Organ (tekanan pada suku kata pertama) tingkat organisasi kehidupan
Pada organ uniseluler, ini adalah organel - ada organel umum - karakteristik semua sel eukariotik atau prokariotik, ada yang berbeda.
Dalam organisme multiseluler, sel-sel dengan struktur dan fungsi yang sama digabungkan menjadi jaringan, dan masing-masing menjadi tubuh, yang, pada gilirannya, digabungkan menjadi sistem dan harus berinteraksi secara harmonis satu sama lain.
Tingkat organisasi jaringan dan organ - pelajari ilmunya:
5. Tingkat organisme
Termasuk semua level sebelumnya: molekuler, seluler, tingkat jaringan dan organ.
Pada tingkat ini, ada pembagian Margasatwa menjadi kerajaan - hewan, tumbuhan dan jamur.
Ciri-ciri tingkat ini:
Metabolisme (baik di tingkat tubuh maupun di tingkat sel juga)
Struktur (morfologi) tubuh
Nutrisi (metabolisme dan energi)
homeostasis
reproduksi
Interaksi antar organisme (kompetisi, simbiosis, dll)
Interaksi dengan lingkungan
6. Tingkat organisasi kehidupan spesies-populasi
Termasuk molekuler, seluler, tingkat jaringan, organ dan tubuh.
Jika beberapa organisme secara morfologis mirip (dengan kata lain memiliki struktur yang sama), dan memiliki genotipe yang sama, maka mereka membentuk satu spesies atau populasi.
Proses utama pada level ini adalah:
Interaksi organisme satu sama lain (kompetisi atau reproduksi)
mikroevolusi (perubahan organisme di bawah pengaruh kondisi eksternal)
Ilmu yang mempelajari level ini:
7. Tingkat organisasi kehidupan biogeocenotic
Pada level ini, hampir semuanya sudah diperhitungkan:
Interaksi nutrisi organisme satu sama lain - rantai dan jaringan makanan
Interaksi antar dan intraspesifik organisme - kompetisi dan reproduksi
Pengaruh lingkungan pada organisme dan, karenanya, pengaruh organisme pada habitatnya
Ilmu yang mempelajari tingkatan ini adalah Ekologi
Nah, level terakhir adalah yang tertinggi!
8. Organisasi satwa liar tingkat biosfer
Itu termasuk:
Interaksi komponen alam yang hidup dan tidak hidup
Biogeocenosis
Pengaruh manusia - "faktor antropogenik"
Siklus zat di alam
5) Sistem ekologi, atau ekosistem, adalah unit fungsional utama dalam ekologi, karena mencakup organisme dan
lingkungan mati - komponen yang saling mempengaruhi sifat satu sama lain, dan kondisi yang diperlukan untuk mempertahankan kehidupan dalam bentuknya yang ada di Bumi. Ketentuan ekosistem pertama kali diusulkan pada tahun 1935 oleh seorang ahli ekologi Inggris A. Tensley.
Dengan demikian, ekosistem dipahami sebagai seperangkat organisme hidup (komunitas) dan habitatnya, yang, berkat sirkulasi zat, membentuk sistem kehidupan yang stabil.
Komunitas organisme terhubung dengan lingkungan anorganik oleh ikatan material dan energi terdekat. Tumbuhan hanya bisa ada karena pasokan konstan karbon dioksida, air, oksigen, dan garam mineral. Heterotrof hidup dari autotrof, tetapi membutuhkan senyawa anorganik seperti oksigen dan air.
Di habitat tertentu, cadangan senyawa anorganik yang diperlukan untuk mempertahankan aktivitas vital organisme yang menghuninya akan cukup untuk waktu yang singkat jika cadangan ini tidak diperbarui. Kembalinya unsur-unsur biogenik ke lingkungan terjadi baik selama kehidupan organisme (sebagai akibat dari respirasi, ekskresi, buang air besar) dan setelah kematiannya, sebagai akibat dari pembusukan mayat dan sisa-sisa tanaman.
Akibatnya, komunitas membentuk suatu sistem tertentu dengan media anorganik, di mana aliran atom, yang disebabkan oleh aktivitas vital organisme, cenderung tertutup dalam suatu siklus.
Beras. 8.1. Struktur biogeocenosis dan skema interaksi antar komponen
Dalam literatur domestik, istilah "biogeocenosis", yang diusulkan pada tahun 1940, digunakan secara luas. B. HSukachev. Menurut definisinya, biogeocenosis adalah “seperangkat fenomena alam yang homogen (atmosfer, batuan, tanah dan kondisi hidrologis) di atas permukaan bumi yang diketahui, yang memiliki kekhususan khusus dari interaksi komponen penyusun ini dan jenis pertukaran tertentu. materi dan energi antara mereka sendiri dan fenomena alam lainnya, dan mewakili kesatuan dialektis yang kontradiktif secara internal, yang terus bergerak, berkembang.
Dalam biogeocenosis V.N. Sukachev memilih dua blok: ekotop- seperangkat kondisi lingkungan abiotik dan biocenosis- totalitas semua organisme hidup (Gbr. 8.1). Ekotop sering dianggap sebagai lingkungan abiotik yang tidak diubah oleh tanaman (kompleks utama faktor lingkungan fisik dan geografis), dan biotop dianggap sebagai seperangkat elemen lingkungan abiotik yang dimodifikasi oleh aktivitas pembentuk lingkungan hidup. organisme.
Ada pendapat bahwa istilah "biogeocenosis" jauh lebih mencerminkan karakteristik struktural makrosistem yang diteliti, sedangkan konsep "ekosistem" terutama mencakup esensi fungsionalnya. Sebenarnya, tidak ada perbedaan antara istilah-istilah ini.
Harus ditunjukkan bahwa kombinasi lingkungan fisik dan kimia tertentu (biotope) dengan komunitas organisme hidup (biocenosis) membentuk ekosistem:
Ekosistem = Biotope + Biocenosis.
Keadaan ekosistem yang seimbang (berkelanjutan) dipastikan berdasarkan sirkulasi zat (lihat paragraf 1.5). Semua komponen ekosistem terlibat langsung dalam siklus tersebut.
Untuk menjaga sirkulasi zat dalam suatu ekosistem, diperlukan persediaan zat anorganik dalam bentuk berasimilasi dan tiga kelompok organisme ekologis yang berbeda secara fungsional: produsen, konsumen, dan pengurai.
Produser organisme autotrofik bertindak, mampu membangun tubuh mereka dengan mengorbankan senyawa anorganik (Gbr. 8.2).
Beras. 8.2. Produser
Konsumen - organisme heterotrofik yang mengkonsumsi bahan organik dari produsen atau konsumen lain dan mengubahnya menjadi bentuk baru.
pengurai hidup dengan mengorbankan bahan organik mati, menerjemahkannya lagi menjadi senyawa anorganik. Klasifikasi ini relatif, karena konsumen dan produsen sendiri sebagian bertindak sebagai pengurai selama hidup mereka, melepaskan produk metabolisme mineral ke lingkungan.
Pada prinsipnya, sirkulasi atom dapat dipertahankan dalam sistem tanpa hubungan perantara - konsumen, karena aktivitas dua kelompok lainnya. Namun, ekosistem seperti itu ditemukan sebagai pengecualian, misalnya, di daerah-daerah di mana komunitas hanya terbentuk dari fungsi mikroorganisme. Peran konsumen di alam terutama dilakukan oleh hewan, aktivitas mereka dalam mempertahankan dan mempercepat migrasi siklik atom dalam ekosistem kompleks dan beragam.
Skala ekosistem di alam sangat berbeda. Tingkat penutupan siklus materi yang dipertahankan di dalamnya juga tidak sama, yaitu. keterlibatan berulang dari elemen yang sama dalam siklus. Sebagai ekosistem yang terpisah, orang dapat mempertimbangkan, misalnya, bantal lumut di batang pohon, dan tunggul yang runtuh dengan populasinya, dan reservoir sementara kecil, padang rumput, hutan, padang rumput, gurun, seluruh lautan, dan, akhirnya, seluruh permukaan bumi ditempati oleh kehidupan.
Dalam beberapa jenis ekosistem, pemindahan materi di luar batasnya begitu besar sehingga stabilitasnya dipertahankan terutama karena masuknya materi dalam jumlah yang sama dari luar, sementara sirkulasi internal tidak efektif. Ini adalah waduk yang mengalir, sungai, aliran, daerah di lereng gunung yang curam. Ekosistem lain memiliki siklus zat yang jauh lebih lengkap dan relatif otonom (hutan, padang rumput, danau, dll.).
Ekosistem adalah sistem yang praktis tertutup. Inilah perbedaan mendasar antara ekosistem dan komunitas dan populasi, yang merupakan sistem terbuka yang bertukar energi, materi, dan informasi dengan lingkungan.
Namun, tidak ada satu pun ekosistem Bumi yang memiliki siklus tertutup sepenuhnya, karena pertukaran massa minimum dengan lingkungan masih terjadi.
Ekosistem adalah seperangkat konsumen energi yang saling berhubungan yang melakukan pekerjaan untuk mempertahankan keadaan tidak seimbangnya relatif terhadap lingkungan melalui penggunaan aliran energi matahari.
Sesuai dengan hierarki komunitas, kehidupan di Bumi juga dimanifestasikan dalam hierarki ekosistem yang sesuai. Organisasi ekosistem kehidupan adalah salah satu kondisi yang diperlukan untuk keberadaannya. Seperti yang telah dicatat, cadangan elemen biogenik yang diperlukan untuk kehidupan organisme di Bumi secara keseluruhan dan di setiap area spesifik di permukaannya tidak terbatas. Hanya sistem siklus yang dapat memberikan cadangan ini sifat tak terhingga, yang diperlukan untuk kelanjutan kehidupan.
Hanya kelompok organisme yang berbeda secara fungsional yang dapat mendukung dan melakukan siklus. Keanekaragaman fungsional dan ekologi makhluk hidup dan organisasi aliran zat yang diekstraksi dari lingkungan ke dalam siklus adalah properti kehidupan yang paling kuno.
Dari sudut pandang ini, keberadaan berkelanjutan banyak spesies dalam suatu ekosistem dicapai melalui gangguan habitat alami yang terus-menerus terjadi di dalamnya, memungkinkan generasi baru untuk menempati ruang yang baru dikosongkan.
Ekosistem (sistem ekologi)- unit fungsional utama ekologi, yang merupakan kesatuan organisme hidup dan habitatnya, yang diatur oleh aliran energi dan siklus biologis zat. Ini adalah kesamaan mendasar dari makhluk hidup dan habitatnya, setiap rangkaian organisme hidup yang hidup bersama dan kondisi keberadaannya (Gbr. 8).
Beras. 8. Berbagai ekosistem: a - kolam jalur tengah (1 - fitoplankton; 2 - zooplankton; 3 - kumbang renang (larva dan dewasa); 4 - ikan mas muda; 5 - tombak; 6 - larva horonomid (nyamuk berkedut); 7 - bakteri; 8 - serangga vegetasi pantai; b - padang rumput (I - zat abiotik, yaitu komponen anorganik dan organik utama); II - produsen (vegetasi); III - konsumen makro (hewan): A - herbivora (filies, field tikus, dll.); B - konsumen tidak langsung atau pemakan detritus, atau saprobe (invertebrata tanah); C - predator "naik" (elang); IV - pengurai (bakteri dan jamur pembusuk)
Dari sudut pandang fungsional, disarankan untuk menganalisis ekosistem di area berikut:
1) aliran energi;
2) rantai makanan;
3) struktur keragaman spatio-temporal;
4) siklus biogeokimia;
5) perkembangan dan evolusi;
6) manajemen (sibernetika);
Ekosistem juga dapat diklasifikasikan berdasarkan:
struktur;
· Produktifitas;
· Keberlanjutan;
Jenis ekosistem (menurut Komov):
· Akumulatif (rawa tinggi);
Transit (pemindahan materi yang kuat);
Tingkat organisasi sistem kehidupan mencerminkan subordinasi, hierarki organisasi struktural kehidupan; berbeda satu sama lain dalam kompleksitas organisasi sistem (sel lebih sederhana dibandingkan dengan organisme atau populasi multiseluler).
Taraf hidup - ini adalah bentuk dan cara keberadaannya (virus ada dalam bentuk molekul DNA atau RNA yang terbungkus dalam cangkang protein - bentuk keberadaan virus. Namun, sifat-sifat sistem kehidupan yang ditunjukkan virus hanya ketika memasuki sel organisme lain, di mana ia berkembang biak - cara itu ada).
Tingkat organisasi |
Sistem biologis |
Komponen yang membentuk sistem |
Proses Inti |
|
1. |
Molekul |
Biopolimer terpisah (DNA, RNA, protein, lipid, karbohidrat, dll.); |
Pada tingkat kehidupan ini, fenomena yang terkait dengan perubahan (mutasi) dan reproduksi materi genetik, metabolisme dipelajari. |
|
2. |
Kompleks molekul senyawa kimia dan organel sel |
Sintesis zat organik tertentu; pengaturan reaksi kimia; pembelahan sel; keterlibatan unsur-unsur kimia Bumi dan energi Matahari dalam biosistem |
|
|
3. |
Sel dan zat antar sel |
Metabolisme; sifat lekas marah |
|
|
4. |
Kain dari berbagai jenis |
Pencernaan; pertukaran gas; pengangkutan zat; gerakan, dll. |
|
|
5. Organisme |
organisme |
Sistem organ |
Metabolisme; sifat lekas marah; reproduksi; ontogenesis. Regulasi neuro-humoral dari proses vital. Memastikan keselarasan organisme dengan lingkungannya |
|
6. Populasi-spesies |
populasi |
Kelompok individu terkait yang disatukan oleh kumpulan gen tertentu dan interaksi spesifik dengan lingkungan |
identitas genetik; interaksi antara individu dan populasi; akumulasi transformasi evolusioner dasar; pengembangan adaptasi terhadap perubahan kondisi lingkungan |
|
7. |
Biogeocenosis |
Populasi spesies yang berbeda; faktor lingkungan; ruang dengan kondisi lingkungan yang kompleks |
Siklus biologis zat dan aliran energi yang mendukung kehidupan; keseimbangan bergerak antara populasi yang hidup dan lingkungan abiotik; menyediakan populasi yang hidup dengan kondisi dan sumber daya hidup |
|
8. |
Lingkungan |
Biogeocenosis dan dampak antropogenik |
Interaksi aktif benda hidup dan tak hidup (lembab) di planet ini; sirkulasi global biologis; partisipasi biogeokimia aktif manusia dalam semua proses biosfer |
TUGAS TEMATIK
Bagian A
A1. Tingkat di mana proses migrasi biogenik atom dipelajari disebut:
1) biogeosenosis
2) biosfer
3) populasi-spesies
4) genetika molekuler
A2. Pada tingkat populasi-spesies, mereka mempelajari:
1) mutasi gen
2) hubungan organisme dari spesies yang sama
3) sistem organ
4) proses metabolisme dalam tubuh
A3. Mempertahankan komposisi kimia tubuh yang relatif konstan disebut
1) metabolisme
2) asimilasi
3) homeostatis
4) adaptasi
A4. Terjadinya mutasi dikaitkan dengan sifat organisme seperti:
1) keturunan
2) variabilitas
3) lekas marah
4) reproduksi diri
A5. Manakah dari sistem biologis berikut yang membentuk standar hidup tertinggi?
1) sel amuba
2) virus cacar
3) kawanan rusa
4) cagar alam
A6. Menarik tangan dari benda panas adalah contohnya
1) lekas marah
2) kemampuan beradaptasi
3) pewarisan sifat dari orang tua
4) pengaturan diri
A7. Fotosintesis, biosintesis protein adalah contohnya
1) metabolisme plastik
2) metabolisme energi
3) nutrisi dan pernapasan
4) homeostatis
A8. Manakah dari istilah yang identik dengan konsep "metabolisme"?
1) anabolisme
2) katabolisme
3) asimilasi
4) metabolisme
Bagian B
DALAM 1. Pilih proses yang dipelajari pada tingkat genetik molekuler kehidupan:
1) replikasi DNA
2) pewarisan penyakit Down
3) reaksi enzimatik
4) struktur mitokondria
5) struktur membran sel
6) sirkulasi darah
DALAM 2. Menghubungkan sifat adaptasi organisme dengan kondisi di mana mereka dikembangkan.
Bagian C
C1. Adaptasi tanaman apa yang memberi mereka reproduksi dan pemukiman kembali?
C2. Apa yang umum dan apa perbedaan antara berbagai tingkat organisasi kehidupan?
