Definícia biológie ako vedy. Komunikácia biológie s inými vedami. Hodnota biológie pre medicínu. Definícia pojmu „život“ v súčasnej fáze vedy. Základné vlastnosti živých vecí.

Biológia(grécky bios - „život“; logos - učenie) - veda o živote (vo voľnej prírode), jedna z prírodných vied, ktorej predmetom sú živé bytosti a ich interakcia s prostredím. Biológia študuje všetky aspekty života, najmä štruktúru, funkciu, rast, pôvod, evolúciu a distribúciu živých organizmov na Zemi. Klasifikuje a popisuje živé bytosti, pôvod ich druhov, interakciu medzi sebou a s prostredím.

Vzťah biológie s inými vedami: Biológia je úzko spätá s inými vedami a niekedy je veľmi ťažké urobiť medzi nimi hranicu. Štúdium života bunky zahŕňa štúdium molekulárnych procesov vyskytujúcich sa vo vnútri bunky, táto časť sa nazýva molekulárna biológia a niekedy sa vzťahuje na chémiu a nie na biológiu. Chemické reakcie prebiehajúce v tele študuje biochémia, veda, ktorá má oveľa bližšie k chémii ako k biológii. Mnohé aspekty fyzikálneho fungovania živých organizmov študuje biofyzika, ktorá s fyzikou veľmi úzko súvisí. Štúdium veľkého počtu biologických objektov je neoddeliteľne spojené s takými vedami, ako je matematická štatistika. Niekedy sa ekológia rozlišuje ako samostatná veda - veda o interakcii živých organizmov s prostredím (živá a neživá príroda). Ako samostatná oblasť poznania dlho vyčnievala veda, ktorá študuje zdravie živých organizmov. Do tejto oblasti patrí veterinárna medicína a veľmi dôležitá aplikovaná veda – medicína, ktorá je zodpovedná za zdravie človeka.

Význam biológie pre medicínu:

Genetický výskum umožnil vyvinúť metódy včasnej diagnostiky, liečby a prevencie ľudských dedičných chorôb;

Výber mikroorganizmov umožňuje získať enzýmy, vitamíny, hormóny potrebné na liečbu množstva chorôb;

Genetické inžinierstvo umožňuje výrobu biologicky aktívnych zlúčenín a liečiv;

Definícia pojmu „život“ v súčasnej fáze vedy. Základné vlastnosti živých vecí: Je dosť ťažké poskytnúť úplnú a jednoznačnú definíciu pojmu život, vzhľadom na obrovskú rozmanitosť jeho prejavov. Vo väčšine definícií pojmu život, ktoré v priebehu storočí uviedli mnohí vedci a myslitelia, sa brali do úvahy popredné vlastnosti, ktoré odlišujú živých od neživých. Napríklad Aristoteles povedal, že život je „výživa, rast a úpadok“ organizmu; A. L. Lavoisier definoval život ako „chemickú funkciu“; G. R. Treviranus veril, že život je „stabilná uniformita procesov s rozdielom vonkajších vplyvov“. Je jasné, že takéto definície nemohli vedcov uspokojiť, keďže neodrážali (a ani nemohli odrážať) všetky vlastnosti živej hmoty. Pozorovania navyše ukazujú, že vlastnosti živých nie sú výnimočné a jedinečné, ako sa zdalo predtým, nachádzajú sa samostatne medzi neživými predmetmi. AI Oparin definoval život ako „zvláštnu, veľmi zložitú formu pohybu hmoty“. Táto definícia odráža kvalitatívnu originalitu života, ktorú nemožno zredukovať na jednoduché chemické alebo fyzikálne zákony. Definícia má však aj v tomto prípade všeobecný charakter a neprezrádza špecifickú zvláštnosť tohto hnutia.

F. Engels v "Dialectics of Nature" napísal: "Život je spôsob existencie proteínových telies, ktorého základným bodom je výmena hmoty a energie s prostredím."

Pre praktickú aplikáciu sú užitočné tie definície, ktoré obsahujú základné vlastnosti, ktoré sú nevyhnutne vlastné všetkým živým formám. Tu je jeden z nich: život je makromolekulárny otvorený systém, pre ktorý je charakteristická hierarchická organizácia, schopnosť sebareprodukcie, sebazáchovy a sebaregulácie, metabolizmus, jemne regulovaný tok energie. Podľa tejto definície je život jadrom poriadku šíriaceho sa v menej usporiadanom vesmíre.

Život existuje vo forme otvorených systémov. To znamená, že akákoľvek živá forma nie je uzavretá len do seba, ale neustále si vymieňa hmotu, energiu a informácie s okolím.

2. Evolučne podmienené úrovne organizácie života: Existujú také úrovne organizácie živej hmoty - úrovne biologickej organizácie: molekulárna, bunková, tkanivová, orgánová, organizmová, populačná-druhová a ekosystémová.

Molekulárna úroveň organizácie- to je úroveň fungovania biologických makromolekúl - biopolymérov: nukleové kyseliny, proteíny, polysacharidy, lipidy, steroidy. Od tejto úrovne sa začínajú najdôležitejšie životné procesy: metabolizmus, premena energie, prenos dedičných informácií. Táto úroveň sa študuje: biochémia, molekulárna genetika, molekulárna biológia, genetika, biofyzika.

Bunková úroveň- je to úroveň buniek (bunky baktérií, siníc, jednobunkových živočíchov a rias, jednobunkových húb, buniek mnohobunkových organizmov). Bunka je štrukturálna jednotka živého, funkčná jednotka, jednotka vývoja. Túto úroveň študuje cytológia, cytochémia, cytogenetika, mikrobiológia.

Tkanivová úroveň organizácie- Toto je úroveň, na ktorej sa študuje štruktúra a fungovanie tkanív. Túto úroveň študuje histológia a histochémia.

Orgánová úroveň organizácie- Toto je úroveň orgánov mnohobunkových organizmov. Anatómia, fyziológia, embryológia študujú túto úroveň.

Organizačná úroveň organizácie- to je úroveň jednobunkových, koloniálnych a mnohobunkových organizmov. Špecifickosť organizačnej úrovne spočíva v tom, že na tejto úrovni dochádza k dekódovaniu a implementácii genetickej informácie, k tvorbe vlastností, ktoré sú vlastné jedincom daného druhu. Túto úroveň študuje morfológia (anatómia a embryológia), fyziológia, genetika, paleontológia.

Populačno-druhová úroveň je úroveň agregátov jedincov – populácií a druhov. Túto úroveň študuje systematika, taxonómia, ekológia, biogeografia a populačná genetika. Na tejto úrovni sa študujú genetické a ekologické vlastnosti populácií, elementárne evolučné faktory a ich vplyv na genofond (mikroevolúcia), problém ochrany druhov.

Biogeocenotická úroveň organizácie života - reprezentované rôznymi prírodnými a kultúrnymi biogeocenózami vo všetkých životných prostrediach . Komponenty- Populácie rôznych druhov; enviromentálne faktory ; Potravinové siete, toky hmoty a energie ; Základné procesy; Biochemický cyklus a tok energie, ktoré udržujú život ; Pohybová rovnováha medzi živými organizmami a abiotickým prostredím (homeostáza) ; Poskytovanie živých organizmov životnými podmienkami a zdrojmi (potrava a prístrešie). Vedy vedúce k výskumu na tejto úrovni: Biogeografia, Biogeocenológia Ekológia

Biosférická úroveň organizácie života

Predstavuje ju najvyššia, globálna forma organizácie biosystémov – biosféra. Komponenty - biogeocenózy; Antropogénny vplyv; Základné procesy; Aktívna interakcia živej a neživej hmoty planéty; Biologický globálny obeh hmoty a energie;

Aktívna biogeochemická účasť človeka na všetkých procesoch biosféry, jeho ekonomických a etnokultúrnych aktivitách

Vedy, ktoré vedú výskum na tejto úrovni: Ekológia; Globálna ekológia; Vesmírna ekológia; Sociálna ekológia.

Úrovne organizácie organického sveta sú diskrétne stavy biologických systémov, charakterizované podriadenosťou, prepojenosťou a špecifickými vzormi.

Štrukturálne úrovne organizácie života sú mimoriadne rôznorodé, ale hlavné sú molekulárne, bunkové, ontogenetické, populačno-druhové, biocenotické a biosférické.

1. Molekulárna genetická úroveň života. Najdôležitejšími úlohami biológie v tomto štádiu je štúdium mechanizmov prenosu genetickej informácie, dedičnosti a variability.

Na molekulárnej úrovni existuje niekoľko mechanizmov variability. Najdôležitejším z nich je mechanizmus génovej mutácie – priama transformácia samotných génov pod vplyvom vonkajších faktorov. Faktory spôsobujúce mutáciu sú: žiarenie, toxické chemické zlúčeniny, vírusy.

Ďalším mechanizmom variability je génová rekombinácia. Takýto proces prebieha pri pohlavnom rozmnožovaní vo vyšších organizmoch. V tomto prípade nedochádza k zmene celkového množstva genetickej informácie.

Ďalší mechanizmus variability bol objavený až v 50. rokoch 20. storočia. Ide o neklasickú rekombináciu génov, pri ktorej dochádza k všeobecnému zvýšeniu množstva genetickej informácie v dôsledku začlenenia nových genetických prvkov do bunkového genómu. Najčastejšie sú tieto prvky zavedené do bunky vírusmi.

2. Bunková úroveň. Dnes už veda spoľahlivo zistila, že najmenšou samostatnou jednotkou stavby, fungovania a vývoja živého organizmu je bunka, ktorá je elementárnym biologickým systémom schopným samoobnovy, sebarozmnožovania a vývoja. Cytológia je veda, ktorá študuje živú bunku, jej stavbu, fungovanie ako elementárny živý systém, skúma funkcie jednotlivých bunkových zložiek, proces rozmnožovania buniek, adaptáciu na podmienky prostredia atď. Cytológia študuje aj znaky špecializovaných buniek, formovanie ich špeciálnych funkcií a vývoj špecifických bunkových štruktúr . Preto sa moderná cytológia nazýva bunková fyziológia.

Významný pokrok v štúdiu buniek nastal začiatkom 19. storočia, kedy bolo objavené a opísané bunkové jadro. Na základe týchto štúdií vznikla bunková teória, ktorá sa stala najväčšou udalosťou v biológii 19. storočia. Práve táto teória slúžila ako základ pre rozvoj embryológie, fyziológie a evolučnej teórie.

Najdôležitejšou časťou všetkých buniek je jadro, ktoré uchováva a reprodukuje genetickú informáciu, reguluje metabolické procesy v bunke.

Všetky bunky sú rozdelené do dvoch skupín:

Prokaryoty - bunky, ktorým chýba jadro

eukaryoty sú bunky, ktoré obsahujú jadrá

Vedci pri štúdiu živej bunky upozornili na existenciu dvoch hlavných typov jej výživy, čo umožnilo rozdeliť všetky organizmy na dva typy:

Autotrofné – produkujú si vlastné živiny

· Heterotrofný – nezaobíde sa bez biopotravín.

Neskôr sa objasnili také dôležité faktory ako schopnosť organizmov syntetizovať si potrebné látky (vitamíny, hormóny), zabezpečiť si energiu, závislosť na ekologickom prostredí a pod.. Komplexný a diferencovaný charakter vzťahov teda naznačuje potrebu za systematický prístup k štúdiu života na ontogenetickej úrovni.

3. ontogenetickej úrovni. mnohobunkové organizmy. Táto úroveň vznikla v dôsledku formovania živých organizmov. Základnou jednotkou života je jednotlivec a elementárnym javom je ontogenéza. Fyziológia sa zaoberá štúdiom fungovania a vývoja mnohobunkových živých organizmov. Táto veda zvažuje mechanizmy pôsobenia rôznych funkcií živého organizmu, ich vzájomný vzťah, reguláciu a prispôsobenie sa vonkajšiemu prostrediu, vznik a formovanie v procese evolúcie a individuálneho vývoja jedinca. V skutočnosti ide o proces ontogenézy - vývoj organizmu od narodenia až po smrť. V tomto prípade dochádza k rastu, pohybu jednotlivých štruktúr, diferenciácii a komplikácii organizmu.

Všetky mnohobunkové organizmy sa skladajú z orgánov a tkanív. Tkanivá sú skupinou fyzicky prepojených buniek a medzibunkových látok na vykonávanie určitých funkcií. Ich štúdium je predmetom histológie.

Orgány sú pomerne veľké funkčné jednotky, ktoré spájajú rôzne tkanivá do určitých fyziologických komplexov. Orgány sú zasa súčasťou väčších celkov – telesných systémov. Sú medzi nimi nervový, tráviaci, kardiovaskulárny, dýchací a iný systém. Vnútorné orgány majú iba zvieratá.

4. Populačno-biocenotická úroveň. Ide o nadorganickú úroveň života, ktorej základnou jednotkou je populácia. Na rozdiel od populácie je druh súborom jedincov, ktorí majú podobnú štruktúru a fyziologické vlastnosti, majú spoločný pôvod a môžu sa voľne krížiť a produkovať plodné potomstvo. Druh existuje iba prostredníctvom populácií reprezentujúcich geneticky otvorené systémy. Populačná biológia je veda o populáciách.

Pojem „populácia“ zaviedol jeden zo zakladateľov genetiky V. Johansen, ktorý ju nazval geneticky heterogénnym súborom organizmov. Neskôr sa obyvateľstvo začalo považovať za integrálny systém, nepretržite interagujúci s prostredím. Sú to populácie, ktoré sú skutočnými systémami, prostredníctvom ktorých existujú druhy živých organizmov.

Populácie sú geneticky otvorené systémy, keďže izolácia populácií nie je absolútna a výmena genetických informácií z času na čas nie je možná. Sú to populácie, ktoré pôsobia ako elementárne jednotky evolúcie, zmeny v ich genofonde vedú k vzniku nových druhov.

Populácie schopné samostatnej existencie a transformácie sú zjednotené v agregáte ďalšej nadorganizmovej úrovne - biocenóz. Biocenóza - súbor populácií žijúcich na určitom území.

Biocenóza je systém uzavretý pre cudzie populácie, pre svoje základné populácie je to systém otvorený.

5. Biogeocetonická úroveň. Biogeocenóza je stabilný systém, ktorý môže existovať dlhú dobu. Rovnováha v živom systéme je dynamická, t.j. predstavuje neustály pohyb okolo určitého bodu stability. Pre jeho stabilné fungovanie je potrebná spätná väzba medzi jeho riadiacim a vykonávacím podsystémom. Tento spôsob udržiavania dynamickej rovnováhy medzi rôznymi prvkami biogeocenózy, spôsobený hromadným rozmnožovaním niektorých druhov a úbytkom alebo vymiznutím iných, vedúcim k zmene kvality životného prostredia, sa nazýva ekologická katastrofa.

Biogeocenóza je integrálny samoregulačný systém, v ktorom sa rozlišuje niekoľko typov podsystémov. Primárne systémy sú výrobcovia, ktorí priamo spracúvajú neživé hmoty; spotrebitelia - sekundárna úroveň, na ktorej sa hmota a energia získavajú pomocou výrobcov; potom prídu spotrebitelia druhého rádu. Existujú aj lapači a rozkladači.

Cyklus látok prechádza týmito úrovňami v biogeocenóze: život sa podieľa na využití, spracovaní a obnove rôznych štruktúr. V biogeocenóze - jednosmerný tok energie. To z neho robí otvorený systém, súvisle prepojený so susednými biogeocenózami.

Samoregulácia biogeocenu prebieha tým úspešnejšie, čím je počet jeho základných prvkov rôznorodejší. Stabilita biogeocenóz závisí aj od rozmanitosti jej zložiek. Strata jedného alebo viacerých komponentov môže viesť k nezvratnej nerovnováhe a jeho smrti ako integrálneho systému.

6. biosférickej úrovni. Toto je najvyššia úroveň organizácie života, ktorá pokrýva všetky javy života na našej planéte. Biosféra je živá hmota planéty a ňou pretvorené prostredie. Biologický metabolizmus je faktorom, ktorý spája všetky ostatné úrovne organizácie života do jednej biosféry. Na tejto úrovni prebieha obeh látok a premena energie spojená s životnou činnosťou všetkých živých organizmov žijúcich na Zemi. Biosféra je teda jednotný ekologický systém. Štúdium fungovania tohto systému, jeho štruktúry a funkcií je najdôležitejšou úlohou biológie na tejto úrovni života. Štúdiu týchto problémov sa venuje ekológia, biocenológia a biogeochémia.

Vývoj doktríny biosféry je neoddeliteľne spojený s menom vynikajúceho ruského vedca V.I. Vernadského. Práve jemu sa podarilo dokázať spojenie organického sveta našej planéty, pôsobiaceho ako jeden neoddeliteľný celok, s geologickými procesmi na Zemi. Vernadsky objavil a študoval biogeochemické funkcie živej hmoty.



Všetky voľne žijúce zvieratá sú súborom biologických systémov rôznych úrovní organizácie a rôznej podriadenosti.
Úroveň organizácie živej hmoty sa chápe ako funkčné miesto, ktoré daná biologická štruktúra zaberá vo všeobecnom systéme organizácie prírody.

Úroveň organizácie živej hmoty je súbor kvantitatívnych a kvalitatívnych parametrov určitého biologického systému (bunky, organizmu, populácie a pod.), ktoré určujú podmienky a hranice jeho existencie.

Existuje niekoľko úrovní organizácie živých systémov, ktoré odrážajú podriadenosť, hierarchiu štrukturálnej organizácie života.

• Molekulárna (molekulárno-genetická) úroveň reprezentované jednotlivými biopolymérmi (DNA, RNA, proteíny, lipidy, sacharidy a iné zlúčeniny); na tejto úrovni života sa študujú javy spojené so zmenami (mutáciami) a reprodukciou genetického materiálu, metabolizmus. Toto je veda molekulárnej biológie.
• Bunkovýúrovni- úroveň, na ktorej existuje život vo forme bunky - štrukturálnej a funkčnej jednotky života, skúma cytológia. Na tejto úrovni sa študujú procesy ako metabolizmus a energia, výmena informácií, reprodukcia, fotosyntéza, prenos nervových vzruchov a mnohé iné.

Bunka je stavebnou jednotkou všetkých živých vecí.

• úroveň tkanivaštúdium histológie.

Tkanivo je kombináciou medzibunkovej látky a buniek podobných štruktúrou, pôvodom a funkciami.

• Organúrovni. Orgán obsahuje niekoľko tkanív.
• Organickéúrovni- samostatná existencia jediného jedinca - jednobunkový alebo mnohobunkový organizmus skúma napríklad fyziológia a autekológia (ekológia jedincov). Jednotlivec ako integrálny organizmus je elementárnou jednotkou života. Život v prírode neexistuje v žiadnej inej forme.

Organizmus je skutočným nositeľom života, ktorý sa vyznačuje všetkými svojimi vlastnosťami.

• populácia-druhúrovni- úroveň, ktorú predstavuje skupina jedincov toho istého druhu - populácia; práve v populácii prebiehajú elementárne evolučné procesy (akumulácia, prejavovanie a selekcia mutácií). Túto úroveň organizácie študujú také vedy, ako je deekológia (alebo populačná ekológia), evolučná doktrína.

Populácia je súbor jedincov toho istého druhu, ktorí existujú dlhodobo na určitom území, voľne sa krížia a sú relatívne izolovaní od ostatných jedincov toho istého druhu.

• Biogeocenotickéúrovni- predstavujú spoločenstvá (ekosystémy) pozostávajúce z rôznych populácií a ich biotopov. Túto úroveň organizácie študuje biocenológia alebo synekológia (ekológia komunity).

Biogeocenóza je kombináciou všetkých druhov s rôznou zložitosťou organizácie a všetkých faktorov ich biotopu.

• biosférickýúrovni- úroveň predstavujúca súhrn všetkých biogeocenóz. V biosfére prebieha obeh látok a premena energie za účasti organizmov.

1) Nemecký biológ je považovaný za zakladateľa ekológie E. Haeckel(1834-1919), ktorý tento termín prvýkrát použil v roku 1866 „ekológia“. Napísal: „Pod ekológiou rozumieme všeobecnú vedu o vzťahu medzi organizmom a prostredím, kde zahŕňame všetky „podmienky existencie“ v najširšom zmysle slova. Sú čiastočne organické a čiastočne anorganické.“

Spočiatku bola touto vedou biológia, ktorá študuje populácie zvierat a rastlín v ich biotopoch.

Ekológiaštuduje systémy na úrovni nad individuálnym organizmom. Hlavnými predmetmi jeho štúdia sú:

populácia - skupina organizmov patriacich k rovnakému alebo podobnému druhu a obývajúcich určité územie;

ekosystému vrátane biotického spoločenstva (celkového počtu populácií na posudzovanom území) a biotopu;

biosféra- oblasť života na Zemi.

Interakcia človeka s prírodou má svoje špecifiká. Človek je obdarený rozumom a to mu dáva možnosť uvedomiť si svoje miesto v prírode a účel na Zemi. Od počiatku rozvoja civilizácie človek premýšľal o svojej úlohe v prírode. Byť, samozrejme, súčasťou prírody, človek vytvoril zvláštne prostredie, ktorá sa volá ľudská civilizácia. Ako sa vyvíjal, stále viac sa dostával do konfliktu s prírodou. Teraz už ľudstvo prišlo na to, že ďalšie vykorisťovanie prírody môže ohroziť jeho vlastnú existenciu. Ciele a zámery modernej ekológie

Jedným z hlavných cieľov modernej ekológie ako vedy je študovať základné zákonitosti a rozvíjať teóriu racionálnej interakcie v systéme „človek – spoločnosť – príroda“, pričom ľudskú spoločnosť považujeme za integrálnu súčasť biosféry.

Hlavným cieľom modernej ekológie v tejto etape vývoja ľudskej spoločnosti - vyviesť ľudstvo z globálnej ekologickej krízy na cestu trvalo udržateľného rozvoja, v ktorej sa dosiahne uspokojenie životných potrieb súčasnej generácie bez toho, aby o takúto príležitosť boli pozbavené budúce generácie.

Na dosiahnutie týchto cieľov bude musieť environmentálna veda vyriešiť množstvo rôznorodých a zložitých problémov vrátane:

rozvíjať teórie a metódy na hodnotenie udržateľnosti ekologických systémov na všetkých úrovniach;

študovať mechanizmy regulácie počtu populácií a biotickej diverzity, úlohu bioty (flóry a fauny) ako regulátora stability biosféry;

študovať a vytvárať prognózy zmien v biosfére pod vplyvom prírodných a antropogénnych faktorov;

hodnotiť stav a dynamiku prírodných zdrojov a environmentálne dôsledky ich spotreby;

rozvíjať metódy riadenia kvality životného prostredia;

formovať chápanie problémov biosféry a ekologickej kultúry spoločnosti.

Obklopuje nás živé prostredie nie je náhodná a náhodná kombinácia živých bytostí. Je to stabilný a organizovaný systém, ktorý sa vyvinul v procese evolúcie organického sveta. Modelovaniu sú prístupné akékoľvek systémy, t.j. je možné predvídať, ako bude ten či onen systém reagovať na vonkajšie vplyvy Systémový prístup je základom pre štúdium environmentálnych problémov. Miesto ekológie v systéme prírodných vied. Moderná ekológia patrí k typu vied, ktoré vznikli na styku mnohých vedeckých oblastí. Odráža tak globálny charakter moderných úloh, ktorým ľudstvo čelí, ako aj rôzne formy integrácie metód smerovania a vedeckého výskumu. Transformácia ekológie z čisto biologickej disciplíny na oblasť poznania, ktorej súčasťou boli aj spoločenské a technické vedy, na oblasť činnosti založenú na riešení množstva zložitých politických, ideologických, ekonomických, etických a iných otázok, predurčila jeho významné miesto v modernom živote z neho urobilo akýsi uzol, ktorý spája rôzne oblasti vedy a ľudskej praxe. Ekológia sa podľa mňa čoraz viac zaraďuje medzi humanitné vedy a je predmetom záujmu mnohých vedných oblastí. A hoci je tento proces ešte veľmi ďaleko od dokončenia, jeho hlavné trendy sú už v našej dobe celkom jasne viditeľné.

2) Predmet, úlohy a metódy ekológie Ekológia(grécky oikos - obydlie, bydlisko, logos - veda) - biologická veda o vzťahu medzi živými organizmami a ich prostredím.

Ekologické objekty sú prevažne systémy nad úrovňou organizmov, t. j. štúdium organizácie a fungovania nadorganizmových systémov: populácií, biocenóz (spoločenstiev), biogeocenóz (ekosystémov) a biosféry ako celku. Inými slovami, hlavným predmetom štúdia ekológie sú ekosystémy, teda jednotné prírodné komplexy tvorené živými organizmami a prostredím.

Úlohy ekológie zmena v závislosti od študovanej úrovne organizácie živej hmoty. Populačná ekológia skúma vzorce dynamiky a štruktúry populácie, ako aj procesy interakcie (súťaženie, predácia) medzi populáciami rôznych druhov. K úlohám komunitná ekológia (biocenológia) zahŕňa štúdium zákonitostí organizácie rôznych spoločenstiev, prípadne biocenóz, ich štruktúry a fungovania (obeh látok a premena energie v potravinových reťazcoch).

Hlavnou teoretickou a praktickou úlohou ekológie je odhaľovať všeobecné zákonitosti organizácie života a na tomto základe rozvíjať princípy racionálneho využívania prírodných zdrojov pri stále sa zvyšujúcom vplyve človeka na biosféru.

Do okruhu environmentálnych problémov patria aj otázky environmentálnej výchovy a osvety, morálne, etické, filozofické a dokonca aj právne otázky. V dôsledku toho sa ekológia stáva vedou nielen biologickou, ale aj spoločenskou. Ekologické metódy rozdelené na lúka(náuka o živote organizmov a ich spoločenstiev v prírodných podmienkach, t.j. dlhodobé pozorovanie v prírode pomocou rôznych zariadení) a experimentálne(experimenty v stacionárnych laboratóriách, kde je možné nielen variovať, ale aj prísne kontrolovať pôsobenie akýchkoľvek faktorov na živé organizmy podľa daného programu). Ekológovia pritom operujú nielen biologickými, ale aj modernými fyzikálnymi a chemickými metódami modelovanie biologických javov, t.j. rozmnožovanie v umelých ekosystémoch rôznych procesov prebiehajúcich vo voľnej prírode. Prostredníctvom modelovania je možné študovať správanie akéhokoľvek systému s cieľom posúdiť možné dôsledky aplikácie rôznych stratégií a metód riadenia zdrojov, t. j. pre environmentálne prognózy. 3) V histórii vývoja ekológie ako vedy možno rozlíšiť tri hlavné etapy. Prvé štádium - vznik a rozvoj ekológie ako vedy (do 60. rokov 20. storočia), kedy sa hromadili údaje o vzťahu živých organizmov k ich prostrediu, dochádzalo k prvým vedeckým zovšeobecneniam. V tom istom období francúzsky biológ Lamarck a anglický kňaz Malthus po prvý raz varovali ľudstvo pred možnými negatívnymi dôsledkami ľudského vplyvu na prírodu.

Druhá fáza - registrácia ekológie ako samostatného odvetvia poznania (po 60. až 50. rokoch 20. storočia). Začiatok etapy bol poznačený publikovaním prác ruských vedcov K.F. Pravítko, N.A. Severtseva, V.V. Dokuchaev, ktorý ako prvý zdôvodnil množstvo princípov a konceptov ekológie. Po štúdiách Charlesa Darwina v oblasti evolúcie organického sveta nemecký zoológ E. Haeckel ako prvý pochopil, čo Darwin nazval „bojom o existenciu“, je nezávislou oblasťou biológie, a nazvali to ekológia(1866).

Ako samostatná veda sa ekológia konečne formovala začiatkom 20. storočia. V tomto období vytvoril americký vedec C. Adams prvý súhrn ekológie a boli publikované ďalšie dôležité zovšeobecnenia. Najväčší ruský vedec XX storočia. IN AND. Vernadsky vytvára základ doktrína biosféry.

V 30. – 40. rokoch 20. storočia najprv anglický botanik A. Tensley (1935) predložil pojem "ekosystém" a o niečo neskôr V. Ya, Sukačev(1940) podložil koncepciu jemu blízku o biogeocenóze.

Tretia etapa(50. roky - až po súčasnosť) - premena ekológie na komplexnú vedu vrátane vied o ochrane životného prostredia človeka. Súčasne s rozvojom teoretických základov ekológie sa riešili aj aplikované otázky súvisiace s ekológiou.

U nás v 60. – 80. rokoch 20. storočia takmer každý rok vláda prijímala uznesenia o posilnení ochrany prírody; Publikované boli zemské, vodné, lesné a iné zákonníky. Ako však ukázala prax ich aplikácie, nepriniesli požadované výsledky.

Rusko dnes zažíva ekologickú krízu: asi 15 % územia sú v skutočnosti zóny ekologickej katastrofy; 85 % populácie dýcha vzduch znečistený výrazne nad MPC. Počet chorôb „spôsobených životným prostredím“ rastie. Dochádza k degradácii a redukcii prírodných zdrojov.

Podobná situácia sa vyvinula aj v iných krajinách sveta. Otázka, čo sa stane s ľudstvom v prípade degradácie prírodných ekologických systémov a straty schopnosti biosféry udržiavať biochemické cykly, sa stáva jednou z najnaliehavejších.

4) 1. Molekulárna úroveň organizácie živej prírody

Chemické zloženie buniek: organické a anorganické látky,

Metabolizmus (metabolizmus): procesy disimilácie a asimilácie,

vstrebávanie a uvoľňovanie energie.

Molekulárna úroveň ovplyvňuje všetky biochemické procesy, ktoré sa vyskytujú vo vnútri každého živého organizmu – od jednobunkových až po mnohobunkové.

Toto úrovniťažko nazvať „živý“. Je to skôr „biochemická“ úroveň – preto je základom pre všetky ostatné úrovne organizácie voľne žijúcich živočíchov. Preto to bol on, kto vytvoril základ pre klasifikáciu voľne žijúcich živočíchov do kráľovstiev ktorý živina je hlavný v tele: u zvierat - bielkoviny, u húb - chitín, u rastlín sú to sacharidy.

Vedy, ktoré študujú živé organizmy na tejto úrovni:

2. Bunková úroveň organizácie divokej zveri

Zahŕňa predchádzajúce - molekulárnej úrovni organizácie.

Na tejto úrovni sa už výraz „bunka“ objavuje ako "najmenší nedeliteľný biologický systém"

Metabolizmus a energia danej bunky (rôzne podľa toho, do ktorej ríše organizmus patrí);

Organoidy bunky;

Životné cykly - vznik, rast a vývoj a delenie buniek

Štúdium vied bunková úroveň organizácie:

Genetika a embryológia študujú túto úroveň, ale nie je to hlavný predmet štúdia.

3. Tkanivová úroveň organizácie:

Obsahuje 2 predchádzajúce úrovne - molekulárne a bunkový.

Táto úroveň môže byť tzvmnohobunkový „- koniec koncov, látka jezber buniek s podobnou štruktúrou a vykonávajúcimi rovnaké funkcie.

Veda - Histológia

4. Orgánová (prízvuk na 1. slabiku) úroveň organizácie života

V jednobunkových orgánoch sú to tieto organely - existujú spoločné organely - charakteristické pre všetky eukaryotické alebo prokaryotické bunky, existujú rôzne.

V mnohobunkových organizmoch sa bunky spoločnej štruktúry a funkcií spájajú do tkanív, resp telá, ktoré sú zas spojené do systémov a musia medzi sebou harmonicky pôsobiť.

Úrovne organizácie tkanív a orgánov - študujte vedy:

5. Úroveň organizmu

Zahŕňa všetky predchádzajúce úrovne: molekulárne, bunkových, tkanivových úrovniach a orgánových.

Na tejto úrovni dochádza k rozdeleniu Divočiny na kráľovstvá – zvieratá, rastliny a huby.

Charakteristiky tejto úrovne:

Metabolizmus (ako na úrovni organizmu, tak aj na bunkovej úrovni)

Stavba (morfológia) tela

Výživa (metabolizmus a energia)

homeostázy

reprodukcie

Interakcia medzi organizmami (konkurencia, symbióza atď.)

Interakcia s prostredím

6. Populačno-druhová úroveň organizácie života

Zahŕňa molekulárne, bunkové, tkanivové úrovne, orgán a telo.

Ak je niekoľko organizmov morfologicky podobných (inými slovami, majú rovnakú štruktúru) a majú rovnaký genotyp, tvoria jeden druh alebo populáciu.

Hlavné procesy na tejto úrovni sú:

Vzájomná interakcia organizmov (súťaženie alebo rozmnožovanie)

mikroevolúcia (zmena organizmu pod vplyvom vonkajších podmienok)

Vedy študujúce túto úroveň:

7. Biogeocenotická úroveň organizácie života

Na tejto úrovni sa už berie do úvahy takmer všetko:

Výživová interakcia organizmov medzi sebou - potravinové reťazce a siete

Inter- a vnútrodruhová interakcia organizmov - konkurencia a rozmnožovanie

Vplyv prostredia na organizmy a teda aj vplyv organizmov na ich biotop

Veda, ktorá študuje túto úroveň, je Ekológia

No, posledná úroveň je najvyššia!

8. Biosférická úroveň organizácie voľne žijúcich živočíchov

Obsahuje:

Vzájomné pôsobenie živých a neživých zložiek prírody

Biogeocenózy

Vplyv človeka - "antropogénne faktory"

Kolobeh látok v prírode

5) Ekologický systém alebo ekosystém je hlavnou funkčnou jednotkou v ekológii, pretože zahŕňa organizmy a

neživé prostredie - zložky, ktoré sa navzájom ovplyvňujú svojimi vlastnosťami, a nevyhnutnými podmienkami pre udržanie života v jeho podobe, ktorá existuje na Zemi. Termín ekosystému bol prvýkrát navrhnutý v roku 1935 anglickým ekológom A. Tensley.

Ekosystém sa teda chápe ako súbor živých organizmov (spoločenstiev) a ich biotopov, ktoré vďaka cirkulácii látok tvoria stabilný systém života.

Spoločenstvá organizmov sú s anorganickým prostredím spojené najužšími materiálnymi a energetickými väzbami. Rastliny môžu existovať len vďaka neustálemu prísunu oxidu uhličitého, vody, kyslíka a minerálnych solí. Heterotrofy žijú z autotrofov, ale potrebujú anorganické zlúčeniny, ako je kyslík a voda.

V každom konkrétnom biotope by zásoby anorganických zlúčenín potrebné na udržanie životnej aktivity organizmov, ktoré ho obývajú, stačili na krátky čas, ak by sa tieto zásoby neobnovili. K návratu biogénnych prvkov do prostredia dochádza tak počas života organizmov (v dôsledku dýchania, vylučovania, defekácie), ako aj po ich smrti, v dôsledku rozkladu mŕtvol a rastlinných zvyškov.

V dôsledku toho spoločenstvo tvorí s anorganickým prostredím určitý systém, v ktorom tok atómov, spôsobený životnou činnosťou organizmov, má tendenciu sa uzatvárať do cyklu.

Ryža. 8.1. Štruktúra biogeocenózy a schéma interakcie medzi zložkami

V domácej literatúre je široko používaný termín "biogeocenóza", navrhnutý v roku 1940. B. HSuchačev. Biogeocenóza je podľa jeho definície „súbor homogénnych prírodných javov (atmosféra, horniny, pôdne a hydrologické pomery) na známom rozsahu zemského povrchu, ktorý má osobitnú špecifickosť interakcií týchto zložiek a určitý typ výmeny. hmoty a energie medzi sebou a inými prírodnými javmi.a predstavujúce vnútorne protirečivú dialektickú jednotu, ktorá je v neustálom pohybe, vývoji.

V biogeocenóze V.N. Sukačev vyčlenil dva bloky: ekotop- súbor podmienok abiotického prostredia a biocenóza- súhrn všetkých živých organizmov (obr. 8.1). Ekotop sa často považuje za abiotické prostredie netransformované rastlinami (primárny komplex faktorov fyzického a geografického prostredia) a za biotop sa považuje súbor prvkov abiotického prostredia modifikovaný environmentálnou činnosťou života. organizmov.

Existuje názor, že pojem „biogeocenóza“ v oveľa väčšej miere odráža štrukturálne charakteristiky skúmaného makrosystému, pričom pojem „ekosystém“ zahŕňa predovšetkým jeho funkčnú podstatu. V skutočnosti medzi týmito pojmami nie je žiadny rozdiel.

Je potrebné zdôrazniť, že kombinácia špecifického fyzikálneho a chemického prostredia (biotop) so spoločenstvom živých organizmov (biocenóza) vytvára ekosystém:

Ekosystém = Biotop + Biocenóza.

Rovnovážny (udržateľný) stav ekosystému je zabezpečený na základe obehu látok (pozri odsek 1.5). Všetky zložky ekosystémov sú priamo zapojené do týchto cyklov.

Na udržanie obehu látok v ekosystéme je potrebné mať zásobu anorganických látok v asimilovanej forme a tri funkčne odlišné ekologické skupiny organizmov: producenti, konzumenti a rozkladači.

Výrobcovia pôsobia autotrofné organizmy, schopné stavať svoje telá na úkor anorganických zlúčenín (obr. 8.2).

Ryža. 8.2. Výrobcovia

spotrebitelia - heterotrofné organizmy, ktoré spotrebúvajú organickú hmotu producentov alebo iných konzumentov a premieňajú ju na nové formy.

rozkladačežiť na úkor odumretej organickej hmoty a opäť ju premieňať na anorganické zlúčeniny. Táto klasifikácia je relatívna, keďže spotrebitelia aj samotní výrobcovia počas svojho života čiastočne pôsobia ako rozkladači a uvoľňujú minerálne metabolické produkty do životného prostredia.

V zásade sa dá v systéme udržať cirkulácia atómov bez medzičlánku – konzumentov, vďaka aktivite dvoch ďalších skupín. Takéto ekosystémy sa však vyskytujú skôr ako výnimky, napríklad v oblastiach, kde fungujú spoločenstvá tvorené len z mikroorganizmov. Úlohu konzumentov v prírode plnia najmä živočíchy, ich činnosť pri udržiavaní a urýchľovaní cyklickej migrácie atómov v ekosystémoch je zložitá a rôznorodá.

Rozsah ekosystému v prírode je veľmi odlišný. Stupeň uzavretia v nich udržiavaných cyklov hmoty tiež nie je rovnaký, t.j. opakované zapájanie tých istých prvkov do cyklov. Za samostatné ekosystémy možno považovať napríklad vankúš lišajníkov na kmeni stromu a rúcajúci sa peň s jeho populáciou a malú dočasnú nádrž, lúku, les, step, púšť, celý oceán a nakoniec celý povrch Zeme zaberá život.

V niektorých typoch ekosystémov je odstraňovanie hmoty mimo ich hraníc také veľké, že ich stabilita je udržiavaná najmä vďaka prílevu rovnakého množstva hmoty zvonku, pričom vnútorná cirkulácia je neúčinná. Sú to tečúce nádrže, rieky, potoky, oblasti na strmých svahoch hôr. Ostatné ekosystémy majú oveľa ucelenejší kolobeh látok a sú relatívne autonómne (lesy, lúky, jazerá atď.).

Ekosystém je prakticky uzavretý systém. Toto je základný rozdiel medzi ekosystémami a komunitami a populáciami, ktoré sú otvorenými systémami vymieňajúcimi si energiu, hmotu a informácie s prostredím.

Ani jeden ekosystém Zeme však nemá úplne uzavretý cyklus, keďže stále dochádza k minimálnej výmene hmoty s prostredím.

Ekosystém je súbor vzájomne prepojených spotrebiteľov energie, ktorí vykonávajú prácu na udržaní svojho nerovnovážneho stavu vo vzťahu k životnému prostrediu pomocou toku slnečnej energie.

V súlade s hierarchiou spoločenstiev sa život na Zemi prejavuje aj v hierarchii zodpovedajúcich ekosystémov. Ekosystémová organizácia života je jednou z nevyhnutných podmienok jeho existencie. Ako už bolo uvedené, zásoby biogénnych prvkov potrebných pre život organizmov na Zemi ako celku a v každej konkrétnej oblasti na jej povrchu nie sú neobmedzené. Len systém cyklov mohol dať týmto rezervám vlastnosť nekonečna, ktorá je nevyhnutná pre pokračovanie života.

Cyklus môžu podporovať a vykonávať iba funkčne odlišné skupiny organizmov. Funkčná a ekologická rozmanitosť živých bytostí a organizácia toku látok extrahovaných z prostredia do cyklov sú najstaršou vlastnosťou života.

Z tohto hľadiska sa udržateľná existencia mnohých druhov v ekosystéme dosahuje prostredníctvom narušenia prirodzeného prostredia, ktoré sa v ňom neustále vyskytuje, čo umožňuje novým generáciám obsadiť novo uvoľnený priestor.

Ekosystém (ekologický systém)- hlavná funkčná jednotka ekológie, ktorá je jednotou živých organizmov a ich biotopov, organizovaných energetickými tokmi a biologickým cyklom látok. Ide o základnú spoločnú črtu živého a jeho biotopu, akéhokoľvek súboru živých organizmov žijúcich spolu a podmienok ich existencie (obr. 8).

Ryža. 8. Rôzne ekosystémy: a - rybníky stredného pruhu (1 - fytoplanktón; 2 - zooplanktón; 3 - plávajúce chrobáky (larvy a dospelí); 4 - mladé kapry; 5 - šťuky; 6 - larvy horonomíd (šklbajúce komáre); 7 - baktérie; 8 - hmyz pobrežnej vegetácie; b - lúky (I - abiotické látky, t. j. hlavné anorganické a organické zložky); II - producenti (vegetácia); III - makrospotrebitelia (živočíchy): A - bylinožravce (sýly, poľné myši a pod.); B - nepriami konzumenti alebo konzumenti požierajúci detritus alebo sapróby (pôdne bezstavovce); C - "jazdiace" dravce (jastraby); IV - rozkladače (hnilobné baktérie a huby)

Z funkčného hľadiska je vhodné analyzovať ekosystém v nasledujúcich oblastiach:

1) energetické toky;

2) potravinové reťazce;

3) štruktúra časopriestorovej diverzity;

4) biogeochemické cykly;

5) vývoj a evolúcia;

6) manažment (kybernetika);

Ekosystémy možno klasifikovať aj podľa:

štruktúra;

· Produktivita;

· Udržateľnosť;

Typy ekosystémov (podľa Komova):

· Akumulačné (vysoké močiare);

Tranzit (silné odstraňovanie hmoty);

Úrovne organizácie živé systémy odrážať podriadenosť, hierarchiu štrukturálnej organizácie života; sa navzájom líšia zložitosťou organizácie systému (bunka je jednoduchšia v porovnaní s mnohobunkovým organizmom alebo populáciou).

Životný štandard - ide o formu a spôsob jeho existencie (vírus existuje vo forme molekuly DNA alebo RNA uzavretej v proteínovom obale - forma existencie vírusu. Vlastnosti živého systému však vírus vykazuje len keď sa dostane do bunky iného organizmu, kde sa rozmnoží – tak, ako existuje).

Úrovne organizácie	Biologický systém	Komponenty, ktoré tvoria systém	Základné procesy
1. Molekulárna genetická úroveň	Molekula	Samostatné biopolyméry (DNA, RNA, proteíny, lipidy, sacharidy atď.);	Na tejto úrovni života sa študujú javy spojené so zmenami (mutáciami) a reprodukciou genetického materiálu, metabolizmus.
2. Bunkový		Komplexy molekúl chemických zlúčenín a bunkových organel	Syntéza špecifických organických látok; regulácia chemických reakcií; bunkové delenie; zapojenie chemických prvkov Zeme a energie Slnka do biosystémov
3. tkanina		Bunky a medzibunková látka	metabolizmus; Podráždenosť
4. Organ		Tkaniny rôznych druhov	trávenie; výmena plynu; preprava látok; pohyb a pod.
5. Organické	organizmu	Orgánové systémy	metabolizmus; Podráždenosť; reprodukcia; ontogenézy. Neuro-humorálna regulácia životne dôležitých procesov. Zabezpečenie harmonického súladu organizmu s prostredím
6. Populácia-druh	populácia	Skupiny príbuzných jedincov, ktorých spája určitý genofond a špecifická interakcia s prostredím	genetická identita; interakcia medzi jednotlivcami a populáciami; akumulácia elementárnych evolučných premien; rozvoj adaptácie na meniace sa podmienky prostredia
7. Biogeocenotické	Biogeocenóza	Populácie rôznych druhov; enviromentálne faktory; priestor s komplexom podmienok prostredia	Biologický cyklus látok a tok energie, ktoré podporujú život; mobilná rovnováha medzi živým obyvateľstvom a abiotickým prostredím; zabezpečenie životných podmienok a zdrojov pre žijúce obyvateľstvo
8. biosférický	Biosféra	Biogeocenózy a antropogénny vplyv	Aktívna interakcia živej a neživej (inertnej) hmoty planéty; biologický globálny obeh; aktívna biogeochemická účasť človeka na všetkých procesoch biosféry

TEMATICKÉ ZADANIA

Časť A

A1. Úroveň, na ktorej sa študujú procesy biogénnej migrácie atómov, sa nazýva:

1) biogeocenotické
2) biosféra
3) populácia-druh
4) molekulárna genetika

A2. Na úrovni populácie študujú:

1) génové mutácie
2) príbuznosť organizmov toho istého druhu
3) orgánové systémy
4) metabolické procesy v tele

A3. Udržiavanie relatívne stáleho chemického zloženia tela je tzv

1) metabolizmus
2) asimilácia
3) homeostáza
4) prispôsobenie

A4. Výskyt mutácií je spojený s takou vlastnosťou organizmu ako

1) dedičnosť
2) variabilita
3) podráždenosť
4) sebareprodukcia

A5. Ktorý z nasledujúcich biologických systémov tvorí najvyššiu životnú úroveň?

1) amébová bunka
2) vírus kiahní
3) stádo jeleňov
4) prírodná rezervácia

A6. Príkladom je odtiahnutie ruky od horúceho predmetu

1) podráždenosť
2) schopnosť prispôsobiť sa
3) dedenie vlastností od rodičov
4) samoregulácia

A7. Fotosyntéza, biosyntéza bielkovín sú príklady

1) metabolizmus plastov
2) energetický metabolizmus
3) výživa a dýchanie
4) homeostáza

A8. Ktorý z výrazov je synonymom pojmu „metabolizmus“?

1) anabolizmus
2) katabolizmus
3) asimilácia
4) metabolizmus

Časť B

V 1. Vyberte procesy študované na molekulárnej genetickej úrovni života:

1) replikácia DNA
2) dedičnosť Downovej choroby
3) enzymatické reakcie
4) štruktúra mitochondrií
5) štruktúra bunkovej membrány
6) krvný obeh

V 2. Korelujte povahu adaptácie organizmov s podmienkami, do ktorých boli vyvinuté.

Časť C

C1. Aké úpravy rastlín im poskytujú reprodukciu a presídlenie?
C2. Čo je spoločné a aké sú rozdiely medzi rôznymi úrovňami organizácie života?