Definiția biologiei ca știință. Comunicarea biologiei cu alte științe. Valoarea biologiei pentru medicină. Definirea conceptului de „viață” în stadiul actual al științei. Proprietățile fundamentale ale viețuitoarelor.

Biologie(bios greacă - „viață”; logos - predare) - știința vieții (fauna sălbatică), una dintre științele naturii, al cărei subiect este ființele vii și interacțiunea lor cu mediul. Biologia studiază toate aspectele vieții, în special structura, funcția, creșterea, originea, evoluția și distribuția organismelor vii pe Pământ. Clasifică și descrie ființele vii, originea speciilor lor, interacțiunea între ele și cu mediul.

Relația biologiei cu alte științe: Biologia este strâns legată de alte științe și uneori este foarte dificil să tragem o linie între ele. Studiul vieții celulei include studiul proceselor moleculare care au loc în interiorul celulei, această secțiune se numește biologie moleculară și se referă uneori la chimie și nu la biologie. Reacțiile chimice care apar în organism sunt studiate de biochimie, o știință care este mult mai aproape de chimie decât de biologie. Multe aspecte ale funcționării fizice a organismelor vii sunt studiate de biofizică, care este foarte strâns legată de fizică. Studiul unui număr mare de obiecte biologice este indisolubil legat de științe precum statistica matematică. Uneori, ecologia se distinge ca o știință independentă - știința interacțiunii organismelor vii cu mediul (natura vie și neînsuflețită). Ca domeniu separat de cunoaștere, știința care studiază sănătatea organismelor vii s-a remarcat de mult. Acest domeniu include medicina veterinară și o știință aplicată foarte importantă - medicina, care este responsabilă de sănătatea umană.

Importanța biologiei pentru medicină:

Cercetarea genetică a făcut posibilă dezvoltarea metodelor de diagnosticare precoce, tratament și prevenire a bolilor ereditare umane;

Selectarea microorganismelor face posibilă obținerea de enzime, vitamine, hormoni necesari pentru tratarea unui număr de boli;

Ingineria genetică permite producerea de compuși și medicamente active biologic;

Definirea conceptului de „viață” în stadiul actual al științei. Proprietățile fundamentale ale viețuitoarelor: Este destul de dificil de dat o definiție completă și lipsită de ambiguitate a conceptului de viață, având în vedere varietatea uriașă a manifestărilor sale. În cele mai multe definiții ale conceptului de viață, care au fost date de mulți oameni de știință și gânditori de-a lungul secolelor, au fost luate în considerare calitățile principale care disting cei vii de cei nevii. De exemplu, Aristotel spunea că viața este „nutriția, creșterea și decrepitudinea” organismului; A. L. Lavoisier a definit viața ca o „funcție chimică”; G. R. Treviranus credea că viața este „o uniformitate stabilă a proceselor cu o diferență de influențe externe”. Este clar că astfel de definiții nu puteau satisface oamenii de știință, deoarece nu reflectau (și nu puteau reflecta) toate proprietățile materiei vii. În plus, observațiile arată că proprietățile celor vii nu sunt excepționale și unice, așa cum părea înainte, ele se găsesc separat printre obiectele nevii. AI Oparin a definit viața ca „o formă specială, foarte complexă a mișcării materiei”. Această definiție reflectă originalitatea calitativă a vieții, care nu poate fi redusă la simple legi chimice sau fizice. Cu toate acestea, chiar și în acest caz, definiția este de natură generală și nu dezvăluie particularitatea specifică a acestei mișcări.

F. Engels în „Dialectica naturii” scria: „Viața este un mod de existență a corpurilor proteice, al cărui punct esențial este schimbul de materie și energie cu mediul înconjurător”.

Pentru aplicare practică, sunt utile acele definiții, care conțin proprietățile de bază care sunt în mod necesar inerente tuturor formelor vii. Iată unul dintre ele: viața este un sistem macromolecular deschis, care se caracterizează printr-o organizare ierarhică, capacitatea de auto-reproducere, autoconservare și autoreglare, metabolism, un flux de energie fin reglat. Conform acestei definiții, viața este un nucleu al ordinii care se răspândește într-un univers mai puțin ordonat.

Viața există sub forma unor sisteme deschise. Aceasta înseamnă că orice formă de viață nu este închisă doar pe ea însăși, ci schimbă constant materie, energie și informații cu mediul înconjurător.

2. Niveluri de organizare a vieții condiționate de evoluție: Există astfel de niveluri de organizare a materiei vii - niveluri de organizare biologică: moleculară, celulară, tisulară, organ, organism, populație-specie și ecosistem.

Nivelul molecular de organizare- acesta este nivelul de functionare al macromoleculelor biologice - biopolimeri: acizi nucleici, proteine, polizaharide, lipide, steroizi. De la acest nivel încep cele mai importante procese ale vieții: metabolismul, conversia energiei, transmiterea informațiilor ereditare. Se studiază acest nivel: biochimie, genetică moleculară, biologie moleculară, genetică, biofizică.

Nivel celular- acesta este nivelul celulelor (celule ale bacteriilor, cianobacteriilor, animalelor și algelor unicelulare, ciupercilor unicelulare, celulelor organismelor pluricelulare). O celulă este o unitate structurală a vieții, o unitate funcțională, o unitate de dezvoltare. Acest nivel este studiat de citologie, citochimie, citogenetică, microbiologie.

Nivelul de organizare al țesuturilor- Acesta este nivelul la care se studiază structura și funcționarea țesuturilor. Acest nivel este studiat de histologie și histochimie.

Nivelul organului de organizare- Acesta este nivelul organelor organismelor pluricelulare. Anatomia, fiziologia, embriologia studiază acest nivel.

Nivelul organizatoric- acesta este nivelul organismelor unicelulare, coloniale și pluricelulare. Specificul nivelului organismic constă în faptul că la acest nivel are loc decodificarea și implementarea informațiilor genetice, formarea trăsăturilor inerente indivizilor unei specii date. Acest nivel este studiat prin morfologie (anatomie și embriologie), fiziologie, genetică, paleontologie.

Nivel populație-specie este nivelul agregatelor indivizilor – populații și specii. Acest nivel este studiat de sistematică, taxonomie, ecologie, biogeografie și genetica populației. La acest nivel sunt studiate caracteristicile genetice și ecologice ale populațiilor, factorii evolutivi elementari și influența acestora asupra fondului genetic (microevoluție), problema conservării speciilor.

Nivelul biogeocenotic al organizării vieții - reprezentată de o varietate de biogeocenoze naturale și culturale în toate mediile de viață . Componente- Populații de diferite specii; factori de mediu ; Rețele trofice, materia și fluxurile de energie ; procese de bază; Ciclul biochimic și fluxul de energie care susțin viața ; Echilibru în mișcare între organismele vii și mediul abiotic (homeostază) ; Asigurarea organismelor vii cu condiții de viață și resurse (hrană și adăpost).Științe conducând cercetări la acest nivel: Biogeografie, Biogeocenologie Ecologie

Nivelul biosferic al organizării vieții

Este reprezentată de cea mai înaltă formă globală de organizare a biosistemelor - biosfera. Componente - Biogeocenoze; Impactul antropic; procese de bază; Interacțiunea activă a materiei vii și nevii a planetei; Circulația biologică globală a materiei și energiei;

Participarea biogeochimică activă a omului la toate procesele biosferei, la activitățile sale economice și etnoculturale

Științe care conduc cercetarea la acest nivel: Ecologie; Ecologie globală; Ecologia spațială; Ecologie socială.

Nivelurile de organizare ale lumii organice sunt stări discrete ale sistemelor biologice, caracterizate prin subordonare, interconexiune și modele specifice.

Nivelurile structurale de organizare a vieții sunt extrem de diverse, dar cele principale sunt moleculare, celulare, ontogenetice, populație-specie, biocenotice și biosferice.

1. Nivel genetic molecular viaţă. Cele mai importante sarcini ale biologiei în această etapă este studiul mecanismelor de transmitere a informațiilor genetice, ereditatea și variabilitatea.

Există mai multe mecanisme de variabilitate la nivel molecular. Cel mai important dintre ele este mecanismul mutației genelor - transformarea directă a genelor în sine sub influența factorilor externi. Factorii care cauzează mutația sunt: ​​radiațiile, compușii chimici toxici, virușii.

Un alt mecanism de variabilitate este recombinarea genelor. Un astfel de proces are loc în timpul reproducerii sexuale în organismele superioare. În acest caz, nu există nicio modificare a cantității totale de informații genetice.

Un alt mecanism de variabilitate a fost descoperit abia în anii 1950. Aceasta este o recombinare neclasică a genelor, în care există o creștere generală a cantității de informații genetice datorită includerii de noi elemente genetice în genomul celulei. Cel mai adesea, aceste elemente sunt introduse în celulă de către viruși.

2. Nivel celular. Astăzi, știința a stabilit în mod fiabil că cea mai mică unitate independentă a structurii, funcționării și dezvoltării unui organism viu este o celulă, care este un sistem biologic elementar capabil de auto-reînnoire, auto-reproducere și dezvoltare. Citologia este o știință care studiază o celulă vie, structura ei, funcționând ca un sistem viu elementar, explorează funcțiile componentelor celulare individuale, procesul de reproducere celulară, adaptarea la condițiile de mediu etc. Citologia studiază, de asemenea, caracteristicile celulelor specializate, formarea funcţiilor lor speciale şi dezvoltarea structurilor celulare specifice . Astfel, citologia modernă a fost numită fiziologie celulară.

Un progres semnificativ în studiul celulelor a avut loc la începutul secolului al XIX-lea, când a fost descoperit și descris nucleul celular. Pe baza acestor studii a fost creată teoria celulară, care a devenit cel mai mare eveniment din biologie în secolul al XIX-lea. Această teorie a servit drept fundament pentru dezvoltarea embriologiei, fiziologiei și a teoriei evoluției.

Cea mai importantă parte a tuturor celulelor este nucleul, care stochează și reproduce informații genetice, reglează procesele metabolice din celulă.

Toate celulele sunt împărțite în două grupe:

Procariote - celule lipsite de nucleu

eucariotele sunt celule care conțin nuclee

Studiind o celulă vie, oamenii de știință au atras atenția asupra existenței a două tipuri principale de nutriție, ceea ce a permis împărțirea tuturor organismelor în două tipuri:

Autotrofe - își produc propriile nutrienți

· Heterotrof – nu se poate lipsi de alimente organice.

Ulterior, au fost clarificați factori atât de importanți precum capacitatea organismelor de a sintetiza substanțele necesare (vitamine, hormoni), de a se asigura energie, dependența de mediul ecologic etc.. Astfel, caracterul complex și diferențiat al relațiilor indică necesitatea. pentru o abordare sistematică a studiului vieții la nivel ontogenetic.

3. nivel ontogenetic. organisme pluricelulare. Acest nivel a apărut ca urmare a formării organismelor vii. Unitatea de bază a vieții este un individ, iar fenomenul elementar este ontogeneza. Fiziologia se ocupă cu studiul funcționării și dezvoltării organismelor vii pluricelulare. Această știință are în vedere mecanismele de acțiune ale diferitelor funcții ale unui organism viu, relația lor între ele, reglarea și adaptarea la mediul extern, originea și formarea în procesul de evoluție și dezvoltare individuală a unui individ. De fapt, acesta este procesul ontogenezei - dezvoltarea organismului de la naștere până la moarte. În acest caz, apar creșterea, mișcarea structurilor individuale, diferențierea și complicarea organismului.

Toate organismele pluricelulare sunt compuse din organe și țesuturi. Țesuturile sunt un grup de celule conectate fizic și substanțe intercelulare pentru a îndeplini anumite funcții. Studiul lor este subiectul histologiei.

Organele sunt unități funcționale relativ mari care combină diverse țesuturi în anumite complexe fiziologice. La rândul lor, organele fac parte din unități mai mari - sistemele corpului. Printre acestea se numără sistemul nervos, digestiv, cardiovascular, respirator și alte sisteme. Doar animalele au organe interne.

4. Populatie-nivel biocenotic. Acesta este un nivel supra-organism al vieții, a cărui unitate de bază este populația. Spre deosebire de o populație, o specie este o colecție de indivizi care sunt similare ca structură și proprietăți fiziologice, au o origine comună și se pot încrucișa liber și pot produce descendenți fertili. O specie există doar prin populații reprezentând sisteme deschise genetic. Biologia populației este studiul populațiilor.

Termenul de „populație” a fost introdus de unul dintre fondatorii geneticii, V. Johansen, care l-a numit un set de organisme eterogen din punct de vedere genetic. Mai târziu, populația a început să fie considerată un sistem integral, interacționând continuu cu mediul. Populațiile sunt sistemele reale prin care există speciile de organisme vii.

Populațiile sunt sisteme deschise genetic, deoarece izolarea populațiilor nu este absolută și schimbul de informații genetice nu este posibil din când în când. Populațiile sunt cele care acționează ca unități elementare de evoluție; schimbările în grupul lor de gene duc la apariția de noi specii.

Populațiile capabile de existență și transformare independentă sunt unite în agregatul următorului nivel supraorganism - biocenoze. Biocenoza - un ansamblu de populații care trăiesc într-o anumită zonă.

Biocenoza este un sistem închis populațiilor străine, pentru populațiile sale constitutive este un sistem deschis.

5. Nivel biogeocetonic. Biogeocenoza este un sistem stabil care poate exista o perioadă lungă de timp. Echilibrul într-un sistem viu este dinamic, adică. reprezinta o miscare constanta in jurul unui anumit punct de stabilitate. Pentru funcționarea sa stabilă, este necesar să existe un feedback între subsistemele sale de control și de execuție. Acest mod de menținere a unui echilibru dinamic între diversele elemente ale biogeocenozei, cauzat de reproducerea în masă a unor specii și de reducerea sau dispariția altora, ducând la modificarea calității mediului, se numește dezastru ecologic.

Biogeocenoza este un sistem integral de autoreglare în care se disting mai multe tipuri de subsisteme. Sistemele primare sunt producători care procesează direct materia neînsuflețită; consumatori - un nivel secundar la care materia și energia sunt obținute prin utilizarea producătorilor; apoi vin consumatorii de ordinul doi. Există, de asemenea, scavengers și descompuners.

Ciclul substanțelor trece prin aceste niveluri în biogeocenoză: viața este implicată în utilizarea, prelucrarea și restaurarea diferitelor structuri. În biogeocenoză - un flux de energie unidirecțional. Acest lucru îl face un sistem deschis, conectat continuu cu biogeocenozele învecinate.

Autoreglementarea biogeocensului se desfășoară cu cât mai mult succes, cu atât numărul elementelor sale constitutive este mai divers. Stabilitatea biogeocenozelor depinde și de diversitatea componentelor sale. Pierderea uneia sau mai multor componente poate duce la un dezechilibru ireversibil și la moartea acestuia ca sistem integral.

6. nivel biosferic. Acesta este cel mai înalt nivel de organizare a vieții, acoperind toate fenomenele vieții de pe planeta noastră. Biosfera este materia vie a planetei și mediul transformat de aceasta. Metabolismul biologic este un factor care unește toate celelalte niveluri de organizare a vieții într-o singură biosferă. La acest nivel, are loc o circulație a substanțelor și transformarea energiei asociate cu activitatea vitală a tuturor organismelor vii care trăiesc pe Pământ. Astfel, biosfera este un singur sistem ecologic. Studiul funcționării acestui sistem, structurii și funcțiilor sale este cea mai importantă sarcină a biologiei la acest nivel de viață. Ecologia, biocenologia și biogeochimia sunt implicate în studiul acestor probleme.

Dezvoltarea doctrinei biosferei este indisolubil legată de numele remarcabilului om de știință rus V.I. Vernadsky. El a fost cel care a reușit să demonstreze legătura dintre lumea organică a planetei noastre, acționând ca un întreg inseparabil, cu procesele geologice de pe Pământ. Vernadsky a descoperit și studiat funcțiile biogeochimice ale materiei vii.



Toată viața sălbatică este o colecție de sisteme biologice de diferite niveluri de organizare și diferite subordonări.
Nivelul de organizare al materiei vii este înțeles ca locul funcțional pe care o structură biologică dată îl ocupă în sistemul general de organizare al naturii.

Nivelul de organizare al materiei vii este un ansamblu de parametri cantitativi și calitativi ai unui anumit sistem biologic (celulă, organism, populație etc.), care determină condițiile și limitele existenței acestuia.

Există mai multe niveluri de organizare a sistemelor vii, care reflectă subordonarea, ierarhia organizării structurale a vieții.

• Nivel molecular (molecular-genetic). reprezentată de biopolimeri individuali (ADN, ARN, proteine, lipide, carbohidrați și alți compuși); la acest nivel al vietii sunt studiate fenomenele asociate modificarilor (mutatiilor) si reproducerii materialului genetic, metabolismului. Aceasta este știința biologiei moleculare.
• Celularnivel- nivelul la care există viața sub formă de celulă - unitatea structurală și funcțională a vieții, este studiată prin citologie. La acest nivel sunt studiate procese precum metabolismul și energia, schimbul de informații, reproducerea, fotosinteza, transmiterea impulsurilor nervoase și multe altele.

Celula este unitatea structurală a tuturor viețuitoarelor.

• nivelul tesuturilor studiind histologie.

Țesutul este o combinație de substanțe intercelulare și celule similare ca structură, origine și funcții.

• Organnivel. Un organ conține mai multe țesuturi.
• Organismicnivel- existența independentă a unui singur individ - un organism unicelular sau multicelular este studiat, de exemplu, prin fiziologie și autecologie (ecologia indivizilor). Un individ ca organism integral este o unitate elementară a vieții. Viața în natură nu există sub nicio altă formă.

Un organism este un adevărat purtător de viață, caracterizat prin toate proprietățile sale.

• populație-specienivel- nivel, care este reprezentat de un grup de indivizi din aceeași specie - populație; în populație au loc procesele evolutive elementare (acumularea, manifestarea și selecția mutațiilor). Acest nivel de organizare este studiat de științe precum deecologia (sau ecologia populației), doctrina evoluționistă.

O populație este o colecție de indivizi din aceeași specie care există de mult timp într-o anumită zonă, se încrucișează liber și sunt relativ izolați de alți indivizi din aceeași specie.

• Biogeocenoticnivel- reprezentate de comunități (ecosisteme) formate din diferite populații și habitatele acestora. Acest nivel de organizare este studiat de biocenologie sau sinecologie (ecologia comunitară).

Biogeocenoza este o combinație a tuturor speciilor cu o complexitate variabilă de organizare și a tuturor factorilor habitatului lor.

• biosfericnivel- nivel reprezentând totalitatea tuturor biogeocenozelor. În biosferă are loc circulația substanțelor și transformarea energiei cu participarea organismelor.

1) Biologul german este considerat fondatorul ecologiei E. Haeckel(1834-1919), care a folosit pentru prima dată termenul în 1866 „ecologie”. El a scris: „Prin ecologie înțelegem știința generală a relației dintre organism și mediu, unde includem toate „condițiile de existență” în sensul cel mai larg al cuvântului. Sunt parțial organice și parțial anorganice.”

Inițial, această știință a fost biologia, care studiază populațiile de animale și plante din habitatul lor.

Ecologie studiază sistemele la un nivel deasupra organismului individual. Principalele obiecte ale studiului său sunt:

populatie - un grup de organisme aparținând aceleiași specii sau asemănătoare și care ocupă un anumit teritoriu;

ecosistem, inclusiv comunitatea biotică (totalitatea populațiilor din teritoriul luat în considerare) și habitatul;

biosferă- zonă a vieții pe pământ.

Interacțiunea Omului cu Natura are propriile sale specificități. Omul este înzestrat cu rațiune, iar aceasta îi oferă posibilitatea de a-și realiza locul în natură și scopul pe Pământ. De la începutul dezvoltării civilizației, Omul s-a gândit la rolul său în natură. Fiind, desigur, parte a naturii, omul a creat un mediu special, Care e numit civilizatie umana. Pe măsură ce s-a dezvoltat, a intrat din ce în ce mai mult în conflict cu natura. Acum omenirea a ajuns deja la conștientizarea că exploatarea în continuare a naturii își poate amenința propria existență. Scopurile și obiectivele ecologiei moderne

Unul dintre obiectivele principale ale ecologiei moderne ca știință este studierea legilor de bază și dezvoltarea teoriei interacțiunii raționale în sistemul „om – societate – natură”, considerând societatea umană ca parte integrantă a biosferei.

Scopul principal al ecologiei moderneîn acest stadiu al dezvoltării societății umane - să conducă Omenirea din criza ecologică globală pe calea dezvoltării durabile, în care satisfacerea nevoilor vitale ale generației prezente să fie realizată fără a priva generațiile viitoare de o astfel de oportunitate.

Pentru a atinge aceste obiective, știința mediului va trebui să rezolve o serie de sarcini diverse și complexe, inclusiv:

elaborarea de teorii și metode de evaluare a durabilității sistemelor ecologice la toate nivelurile;

să studieze mecanismele de reglare a numărului de populații și diversității biotice, rolul biotei (florei și faunei) ca regulator al stabilității biosferei;

studiază și creează prognoze ale schimbărilor din biosferă sub influența factorilor naturali și antropici;

evaluează starea și dinamica resurselor naturale și consecințele asupra mediului ale consumului acestora;

dezvoltarea metodelor de management al calității mediului;

pentru a forma o înțelegere a problemelor biosferei și a culturii ecologice a societății.

Înconjurându-ne mediu viu nu este o combinație întâmplătoare și întâmplătoare de ființe vii. Este un sistem stabil și organizat care s-a dezvoltat în procesul de evoluție al lumii organice. Orice sisteme sunt susceptibile de modelare, de ex. este posibil să se prezică cum va reacționa acest sau acel sistem la influența externă.Abordarea sistemică stă la baza studierii problemelor de mediu. Locul ecologiei în sistemul științelor naturale. Ecologia modernă aparține tipului de științe care au apărut la joncțiunea multor domenii științifice. Ea reflectă atât natura globală a sarcinilor moderne cu care se confruntă umanitatea, cât și diverse forme de integrare a metodelor de direcții și cercetare științifică. Transformarea ecologiei dintr-o disciplină pur biologică într-o ramură a cunoașterii, care cuprindea și științe sociale și tehnice, într-un domeniu de activitate bazat pe soluționarea unui număr de probleme complexe de natură politică, ideologică, economică, etică și de altă natură, a determinat locul său semnificativ în viața modernă, a făcut din acesta un fel de nod, care combină diverse domenii ale științei și ale practicii umane. Ecologia, în opinia mea, devine din ce în ce mai mult una dintre științele umane și prezintă interes pentru multe domenii științifice. Și deși acest proces este încă foarte departe de finalizare, tendințele sale principale sunt deja destul de clar vizibile în epoca noastră.

2) Subiectul, sarcinile și metodele de ecologie Ecologie(greacă oikos - locuință, reședință, logos - știință) - știința biologică a relației dintre organismele vii și mediul lor.

Obiecte de ecologie sunt predominant sisteme deasupra nivelului organismelor, adică studiul organizării și funcționării sistemelor supraorganistice: populații, biocenoze (comunități), biogeocenoze (ecosisteme) și biosfera în ansamblu. Cu alte cuvinte, principalul obiect de studiu în ecologie îl reprezintă ecosistemele, adică complexele naturale unificate formate din organismele vii și mediul înconjurător.

Sarcini de ecologie modificarea în funcţie de nivelul studiat de organizare a materiei vii. Ecologia populației explorează tiparele dinamicii și structurii populației, precum și procesele de interacțiune (competiție, prădare) între populațiile diferitelor specii. La sarcini ecologie comunitară (biocenologie) include studiul tiparelor de organizare a diferitelor comunități, sau biocenoze, structura și funcționarea acestora (circularea substanțelor și transformarea energiei în lanțurile trofice).

Principala sarcină teoretică și practică a ecologiei este de a dezvălui modelele generale de organizare a vieții și, pe această bază, de a dezvolta principii pentru utilizarea rațională a resurselor naturale în fața influenței umane din ce în ce mai mari asupra biosferei.

Gama de probleme de mediu include, de asemenea, probleme de educație și iluminare ecologică, probleme morale, etice, filozofice și chiar juridice. În consecință, ecologia devine o știință nu numai biologică, ci și socială. Metode ecologice subdivizat în camp(studiul vieții organismelor și comunităților lor în condiții naturale, adică observarea pe termen lung în natură folosind diverse echipamente) și experimental(experimente în laboratoare staționare, unde este posibil nu numai să se varieze, ci și să controleze strict efectul oricăror factori asupra organismelor vii în conformitate cu un program dat). În același timp, ecologistii operează nu numai cu metode biologice, ci și cu metode fizice și chimice moderne, folosesc modelarea fenomenelor biologice, adică reproducerea în ecosisteme artificiale a diferitelor procese care au loc în fauna sălbatică. Prin modelare, este posibil să se studieze comportamentul oricărui sistem pentru a evalua posibilele consecințe ale aplicării diverselor strategii și metode de management al resurselor, adică pentru prognoza de mediu. 3) În istoria dezvoltării ecologiei ca știință, se pot distinge trei etape principale. Primul stagiu - originea și formarea ecologiei ca știință (până în anii 1960), când s-au acumulat date despre relația organismelor vii cu mediul lor, s-au făcut primele generalizări științifice. În aceeași perioadă, biologul francez Lamarck și preotul englez Malthus au avertizat pentru prima dată omenirea despre posibilele consecințe negative ale impactului uman asupra naturii.

Faza a doua -înregistrarea ecologiei ca ramură independentă a cunoașterii (după anii 1960 până în anii 1950). Începutul etapei a fost marcat de publicarea lucrărilor oamenilor de știință ruși CE FACI. Ruler, N.A. Severtseva, V.V. Dokuchaev, care a fundamentat mai întâi o serie de principii și concepte de ecologie. După studiile lui Charles Darwin în domeniul evoluției lumii organice, zoologul german E. Haeckel a fost primul care a înțeles ceea ce Darwin a numit „lupta pentru existență”, este o zonă independentă a biologiei, și a numit-o ecologie(1866).

Ca știință independentă, ecologia a luat în sfârșit contur la începutul secolului al XX-lea. În această perioadă, omul de știință american C. Adams a creat primul rezumat al ecologiei și au fost publicate și alte generalizări importante. Cel mai mare om de știință rus al secolului XX. IN SI. Vernadsky creează o fundamentală doctrina biosferei.

În anii 1930-1940, la început, botanistul englez A. Tensley (1935) a propus conceptul de „ecosistem”, și puțin mai târziu V. Ya. Sukaciov(1940) a fundamentat un concept apropiat lui despre biogeocenoza.

A treia etapă(1950 - până în prezent) - transformarea ecologiei într-o știință complexă, inclusiv științele protecției mediului uman. Concomitent cu dezvoltarea fundamentelor teoretice ale ecologiei, au fost rezolvate și probleme aplicative legate de ecologie.

La noi, în anii 1960-1980, aproape în fiecare an guvernul a adoptat rezoluţii privind întărirea protecţiei naturii; Au fost publicate coduri de teren, apă, pădure și alte coduri. Cu toate acestea, după cum a arătat practica aplicării lor, nu au dat rezultatele cerute.

Astăzi Rusia se confruntă cu o criză ecologică: aproximativ 15% din teritoriu sunt de fapt zone de dezastru ecologic; 85% din populație respiră aer poluat semnificativ peste CPM. Numărul bolilor „provocate de mediu” este în creștere. Există degradarea și reducerea resurselor naturale.

O situație similară s-a dezvoltat și în alte țări ale lumii. Întrebarea ce se va întâmpla cu omenirea în cazul degradării sistemelor ecologice naturale și al pierderii capacității biosferei de a menține ciclurile biochimice devine una dintre cele mai urgente.

4) 1. Nivelul molecular de organizare a naturii vii

Compoziția chimică a celulelor: substanțe organice și anorganice,

Metabolism (metabolism): procese de disimilare și asimilare,

absorbția și eliberarea energiei.

Nivelul molecular afectează toate procesele biochimice care au loc în interiorul oricărui organism viu - de la unicelular la multicelular.

Acest nivel greu de numit „viu”. Este mai degrabă un nivel „biochimic” - prin urmare, este baza pentru toate celelalte niveluri de organizare a vieții sălbatice. Prin urmare, el a fost cel care a format baza pentru clasificarea faunei sălbatice la regate care nutrient este principala din organism: la animale - proteine, la fungi - chitina, la plante este carbohidrati.

Științe care studiază organismele vii la acest nivel:

2. Nivelul celular al organizării faunei sălbatice

Include anterior - nivel molecular de organizare.

La acest nivel, termenul „celulă” apare deja ca „cel mai mic sistem biologic indivizibil”

Metabolismul și energia unei celule date (diferite în funcție de regnul căruia îi aparține organismul);

Organoizi ai celulei;

Cicluri de viață - origine, creștere și dezvoltare și diviziune celulară

Științe care studiază nivel celular de organizare:

Genetica și embriologia studiază acest nivel, dar acesta nu este obiectul principal de studiu.

3. Nivelul de organizare al țesuturilor:

Include 2 niveluri anterioare - molecularși celular.

Acest nivel poate fi numitpluricelular „- la urma urmei, materialul estecolecție de celule cu o structură asemănătoare şi îndeplinind aceleaşi funcţii.

Știință – Histologie

4. Organ (accent pe prima silabă) nivel de organizare a vieții

În organele unicelulare, acestea sunt organele - există organite comune - caracteristice tuturor celulelor eucariote sau procariote, sunt diferite.

În organismele multicelulare, celulele cu o structură și funcții comune sunt combinate în țesuturi și, respectiv, în țesuturi. corpuri, care, la rândul lor, sunt combinate în sisteme și trebuie să interacționeze armonios între ele.

Niveluri de organizare a țesuturilor și organelor - studiați științele:

5. Nivelul organismului

Include toate nivelurile anterioare: molecular, niveluri celulare, tisulare și organ.

La acest nivel, există o împărțire a vieții sălbatice în regate - animale, plante și ciuperci.

Caracteristicile acestui nivel:

Metabolism (atât la nivelul organismului, cât și la nivel celular)

Structura (morfologia) corpului

Nutriție (metabolism și energie)

homeostaziei

reproducere

Interacțiunea dintre organisme (competiție, simbioză etc.)

Interacțiunea cu mediul

6. Nivel de organizare a vieții populație-specie

Include molecular, niveluri celulare, tisulare, organe și corpului.

Dacă mai multe organisme sunt similare din punct de vedere morfologic (cu alte cuvinte, au aceeași structură) și au același genotip, atunci ele formează o specie sau o populație.

Principalele procese la acest nivel sunt:

Interacțiunea organismelor între ele (concurență sau reproducere)

microevoluție (schimbarea unui organism sub influența condițiilor externe)

Științe care studiază acest nivel:

7. Nivelul biogeocenotic al organizării vieții

La acest nivel, aproape totul este deja luat în considerare:

Interacțiunea nutrițională a organismelor între ele - lanțuri trofice și rețele

Interacțiunea inter și intraspecifică a organismelor - competiție și reproducere

Influența mediului asupra organismelor și, în consecință, influența organismelor asupra habitatului lor

Știința care studiază acest nivel este Ecologie

Ei bine, ultimul nivel este cel mai înalt!

8. Nivelul biosferic al organizării faunei sălbatice

Include:

Interacțiunea ambelor componente vii și nevii ale naturii

Biogeocenoze

Influența umană - „factori antropogeni”

Ciclul substanțelor din natură

5) Sistemul ecologic, sau ecosistemul, este principala unitate funcțională în ecologie, deoarece include organisme și

mediu neînsuflețit - componente care influențează reciproc proprietățile celuilalt și condițiile necesare pentru menținerea vieții în forma ei care există pe Pământ. Termen ecosistem a fost propus pentru prima dată în 1935 de un ecologist englez A. Tensley.

Astfel, un ecosistem este înțeles ca un ansamblu de organisme vii (comunități) și habitatul acestora, care, datorită circulației substanțelor, formează un sistem stabil de viață.

Comunitățile de organisme sunt legate de mediul anorganic prin cele mai strânse legături materiale și energetice. Plantele pot exista doar datorită aprovizionării constante cu dioxid de carbon, apă, oxigen și săruri minerale. Heterotrofei trăiesc din autotrofe, dar au nevoie de compuși anorganici precum oxigenul și apa.

În orice habitat anume, rezervele de compuși anorganici necesare menținerii activității vitale a organismelor care îl locuiesc ar fi suficiente pentru o perioadă scurtă de timp dacă aceste rezerve nu ar fi reînnoite. Revenirea elementelor biogene în mediu are loc atât în ​​timpul vieții organismelor (ca urmare a respirației, excreției, defecării), cât și după moartea acestora, ca urmare a descompunerii cadavrelor și a reziduurilor vegetale.

În consecință, comunitatea formează un anumit sistem cu mediul anorganic, în care fluxul de atomi, cauzat de activitatea vitală a organismelor, tinde să fie închis într-un ciclu.

Orez. 8.1. Structura biogeocenozei și schema de interacțiune între componente

În literatura internă, termenul de „biogeocenoză”, propus în 1940, este utilizat pe scară largă. B.HSukaciov. Conform definiției sale, biogeocenoza este „un ansamblu de fenomene naturale omogene (atmosferă, roci, sol și condiții hidrologice) pe o întindere cunoscută a suprafeței terestre, care are o specificitate deosebită a interacțiunilor acestor componente constitutive și un anumit tip de schimb. de materie și energie între ele și alte fenomene naturale și reprezentând o unitate dialectică contradictorie în interior, care este în continuă mișcare, dezvoltare.

În biogeocenoză V.N. Sukachev a evidențiat două blocuri: ecotop- un ansamblu de condiţii ale mediului abiotic şi biocenoza- totalitatea tuturor organismelor vii (Fig. 8.1). Un ecotop este adesea considerat ca un mediu abiotic netransformat de plante (complexul primar de factori ai mediului fizic și geografic), iar un biotop este considerat ca un ansamblu de elemente ale mediului abiotic modificat de activitatea de formare a mediului a vieții. organisme.

Există opinia că termenul „biogeocenoză” reflectă într-o măsură mult mai mare caracteristicile structurale ale macrosistemului studiat, în timp ce conceptul de „ecosistem” include în primul rând esența sa funcțională. De fapt, nu există nicio diferență între acești termeni.

Trebuie subliniat că combinarea unui mediu fizic și chimic specific (biotop) cu o comunitate de organisme vii (biocenoză) formează un ecosistem:

Ecosistem = Biotop + Biocenoză.

Starea de echilibru (durabilă) a ecosistemului este asigurată pe baza circulației substanțelor (vezi paragraful 1.5). Toate componentele ecosistemelor sunt direct implicate în aceste cicluri.

Pentru a menține circulația substanțelor într-un ecosistem, este necesar să existe un stoc de substanțe anorganice într-o formă asimilată și trei grupuri ecologice diferite funcțional de organisme: producători, consumatori și descompunetori.

Producătorii acţionează organismele autotrofe, capabile să-şi construiască corpurile în detrimentul compuşilor anorganici (Fig. 8.2).

Orez. 8.2. Producătorii

Consumatori - organisme heterotrofe care consumă materia organică a producătorilor sau a altor consumatori și o transformă în noi forme.

descompunetori trăiesc în detrimentul materiei organice moarte, transformându-l din nou în compuși anorganici. Această clasificare este relativă, deoarece atât consumatorii, cât și producătorii înșiși acționează parțial ca descompozitori în timpul vieții lor, eliberând produse metabolice minerale în mediu.

În principiu, circulația atomilor poate fi menținută în sistem fără o legătură intermediară - consumatori, datorită activității altor două grupuri. Cu toate acestea, astfel de ecosisteme se găsesc mai degrabă ca excepții, de exemplu, în acele zone în care funcționează comunitățile formate numai din microorganisme. Rolul consumatorilor în natură este îndeplinit în principal de animale, activitatea acestora în menținerea și accelerarea migrației ciclice a atomilor în ecosisteme este complexă și diversă.

Scara ecosistemului în natură este foarte diferită. Gradul de închidere a ciclurilor de materie menținute în ele nu este, de asemenea, același, adică. implicarea repetată a acelorași elemente în cicluri. Ca ecosisteme separate, se poate considera, de exemplu, o pernă de licheni pe trunchiul unui copac și un ciot care se prăbușește cu populația sa și un mic rezervor temporar, pajiște, pădure, stepă, deșert, întregul ocean și, în cele din urmă, întreaga suprafață a Pământului ocupată de viață.

În unele tipuri de ecosisteme, îndepărtarea materiei în afara granițelor lor este atât de mare încât stabilitatea acestora se menține în principal datorită afluxului aceleiași cantități de materie din exterior, în timp ce circulația internă este ineficientă. Acestea sunt rezervoare curgătoare, râuri, pâraie, zone de pe versanții abrupți ai munților. Alte ecosisteme au un ciclu mult mai complet de substanțe și sunt relativ autonome (păduri, pajiști, lacuri etc.).

Un ecosistem este un sistem practic închis. Aceasta este diferența fundamentală dintre ecosisteme și comunități și populații, care sunt sisteme deschise care schimbă energie, materie și informații cu mediul.

Cu toate acestea, niciun ecosistem al Pământului nu are un ciclu complet închis, deoarece schimbul minim de masă cu mediul încă are loc.

Ecosistemul este un set de consumatori de energie interconectați care lucrează pentru a-și menține starea de neechilibru în raport cu mediul prin utilizarea fluxului de energie solară.

În conformitate cu ierarhia comunităților, viața pe Pământ se manifestă și în ierarhia ecosistemelor corespunzătoare. Organizarea ecosistemică a vieții este una dintre condițiile necesare existenței acesteia. După cum sa menționat deja, rezervele de elemente biogene necesare vieții organismelor de pe Pământ în ansamblu și în fiecare zonă specifică de pe suprafața sa nu sunt nelimitate. Doar un sistem de cicluri ar putea da acestor rezerve proprietatea infinitului, necesară pentru continuarea vieții.

Doar grupurile de organisme diferite din punct de vedere funcțional pot susține și desfășura ciclul. Diversitatea funcțională și ecologică a ființelor vii și organizarea fluxului de substanțe extrase din mediu în cicluri sunt cea mai veche proprietate a vieții.

Din acest punct de vedere, existența durabilă a multor specii într-un ecosistem se realizează prin perturbările habitatului natural care apar constant în acesta, permițând noilor generații să ocupe spațiul nou eliberat.

Ecosistem (sistem ecologic)- principala unitate funcțională a ecologiei, care este o unitate a organismelor vii și a habitatului lor, organizată de fluxurile energetice și ciclul biologic al substanțelor. Acesta este un element comun fundamental al vieții și al habitatului său, al oricărui set de organisme vii care trăiesc împreună și al condițiilor de existență a acestora (Fig. 8).

Orez. 8. Diverse ecosisteme: a - iazuri ale culoarului de mijloc (1 - fitoplancton; 2 - zooplancton; 3 - gândaci înotătoare (larve și adulți); 4 - crapi tineri; 5 - știuci; 6 - larve de horonomide (țânțari zvâcnitori); 7 - bacterii; 8 - insecte din vegetația litorală; b - pajiste (I - substanțe abiotice, adică principalele componente anorganice și organice); II - producători (vegetație); III - macroconsumatori (animale): A - erbivore (pumpeni, câmp șoareci etc.); B - consumatori indirecti sau consumatoare de detritus, sau saprobe (nevertebrate din sol); C - prădători „călăreți” (șoimi); IV - descompozitori (bacterii și ciuperci putrefactive)

Din punct de vedere funcțional, este recomandabil să se analizeze ecosistemul în următoarele domenii:

1) fluxurile de energie;

2) lanturile alimentare;

3) structura diversității spațio-temporale;

4) cicluri biogeochimice;

5) dezvoltare și evoluție;

6) management (cibernetică);

Ecosistemele pot fi, de asemenea, clasificate după:

structura;

· Productivitate;

· Durabilitate;

Tipuri de ecosisteme (după Komov):

· Acumulative (mlaștini înalte);

Tranzit (înlăturarea puternică a materiei);

Niveluri de organizare sisteme vii reflectă subordonarea, ierarhia organizării structurale a vieții; diferă între ele în complexitatea organizării sistemului (celula este mai simplă în comparație cu un organism sau o populație multicelulară).

Standard de viață - aceasta este forma și modul de existență a acestuia (virusul există sub forma unei molecule de ADN sau ARN închisă într-o înveliș proteic - forma existenței virusului. Cu toate acestea, proprietățile unui sistem viu, virusul arată doar când intră în celula altui organism, unde se înmulțește – așa cum există).

Niveluri de organizare	Sistem biologic	Componentele care alcătuiesc sistemul	Procesele de bază
1. Nivel genetic molecular	Moleculă	Biopolimeri separați (ADN, ARN, proteine, lipide, carbohidrați etc.);	La acest nivel al vieții sunt studiate fenomenele asociate modificărilor (mutațiilor) și reproducerii materialului genetic, metabolismului.
2. Celular		Complexe de molecule de compuși chimici și organele celulare	Sinteza unor substante organice specifice; reglarea reacțiilor chimice; diviziune celulara; implicarea elementelor chimice ale Pământului și a energiei Soarelui în biosisteme
3. țesătură		Celulele și substanța intercelulară	Metabolism; iritabilitate
4. Organ		Țesături de diferite tipuri	Digestie; schimb de gaze; transport de substante; mișcare etc.
5. Organismic	organism	Sisteme de organe	Metabolism; iritabilitate; reproducere; ontogeneză. Reglarea neuro-umorală a proceselor vitale. Asigurarea conformității armonioase a organismului cu mediul său
6. Populație-specie	populatie	Grupuri de indivizi înrudiți uniți printr-un anumit fond genetic și interacțiune specifică cu mediul	identitate genetică; interacțiunea dintre indivizi și populații; acumularea de transformări evolutive elementare; dezvoltarea adaptării la condiţiile de mediu în schimbare
7. Biogeocenotic	Biogeocenoza	Populații de diferite specii; factori de mediu; spatiu cu un complex de conditii de mediu	Ciclul biologic al substanțelor și fluxul de energie care susțin viața; echilibru mobil între populația vie și mediul abiotic; asigurarea populaţiei vie cu condiţii şi resurse de viaţă
8. biosferic	Biosferă	Biogeocenoze și impact antropic	Interacțiunea activă a materiei vii și nevii (inerte) a planetei; circulația biologică globală; participarea activă biogeochimică a omului la toate procesele biosferei

TEMĂRI TEMATICE

Partea A

A1. Nivelul la care sunt studiate procesele de migrare biogenă a atomilor se numește:

1) biogeocenotic
2) biosfera
3) populație-specie
4) genetică moleculară

A2. La nivel de populație-specie, ei studiază:

1) mutații genetice
2) relația dintre organismele aceleiași specii
3) sisteme de organe
4) procesele metabolice din organism

A3. Menținerea unei compoziții chimice relativ constantă a corpului se numește

1) metabolism
2) asimilare
3) homeostazie
4) adaptare

A4. Apariția mutațiilor este asociată cu o astfel de proprietate a organismului ca

1) ereditatea
2) variabilitate
3) iritabilitate
4) auto-reproducere

A5. Care dintre următoarele sisteme biologice formează cel mai înalt nivel de viață?

1) celula amibei
2) virusul variolei
3) o turmă de căprioare
4) rezervație naturală

A6. Tragerea mâinii departe de un obiect fierbinte este un exemplu

1) iritabilitate
2) capacitatea de adaptare
3) moștenirea trăsăturilor de la părinți
4) autoreglare

A7. Fotosinteza, biosinteza proteinelor sunt exemple

1) metabolismul plastic
2) metabolismul energetic
3) nutriție și respirație
4) homeostazie

A8. Care dintre termeni este sinonim cu conceptul de „metabolism”?

1) anabolism
2) catabolism
3) asimilare
4) metabolism

Partea B

ÎN 1. Selectați procesele studiate la nivel genetic molecular al vieții:

1) Replicarea ADN-ului
2) moștenirea bolii Down
3) reacții enzimatice
4) structura mitocondriilor
5) structura membranei celulare
6) circulația sângelui

ÎN 2. Corelați natura adaptării organismelor cu condițiile în care s-au dezvoltat.

Partea C

C1. Ce adaptări ale plantelor le asigură reproducerea și relocarea?
C2. Ce este comun și care sunt diferențele dintre diferitele niveluri de organizare a vieții?