Реферат Курсовая Конспект
Уровни организации живой материи - раздел Биология, КОНЦЕПЦИИ БИОЛОГИИ Все Исследователи Признают Одно Общее Неотъемлемое Свойство Ж...
|
Все исследователи признают одно общее неотъемлемое свойство живого – системный характер, или системность. Под биологической (живой) системой понимается совокупность взаимодействующих элементов, которая образует целостный объект, имеющий новые качества, не свойственные качествам элементов, входящим в систему.
Живой, целостной системе присущи следующие качества:
· множественность элементов,
· наличие связей между элементами и с окружающей средой,
· согласованная организация взаимоотношений элементов, как в пространстве, так и во времени, направленное на осуществление функций системы.
Целостная система образуется лишь в результате соединения составных элементов в порядке, который сложился в процессе эволюции.
В биологии выделяют следующие уровни организации:
· Молекулярный, субклеточный и клеточный уровень: клетки содержат внутриклеточные структуры, которые строятся из молекул.
· Органно-тканевой и организменный уровень: у многоклеточных организмов клетки составляют ткани и органы. Органы же, в свою очередь, взаимодействуют в рамках целого организма.
· Популяционный уровень: особи одного и того же вида, обитающие на части ареала, образуют популяцию.
· Видовой уровень: свободно скрещивающиеся друг с другом особи обладающие морфологическим, физиологическим, биохимическим сходством и занимающие определённый ареал (район распространения) формируют биологический вид.
· Биогеоценотический и биосферный уровень: на однородном участке земной поверхности складываются биогеоценозы, которые, в свою очередь, образуют биосферу.
Молекулярный уровень является глубинным в организации живого и представлен молекулами нуклеиновых кислот, белков, углеводов, липидов, стероидов, находящихся в клетках и получивших название биологических молекул. Размеры биологических молекул характеризуются довольно значительным разнообразием, которое определяется занимаемым ими пространством в живой материи. Самыми маленькими биологическими молекулами являются нуклеотиды, аминокислоты и сахара. Напротив, белковые молекулы характеризуются значительно большими размерами. Например, диаметр молекулы гемоглобина человека составляет 6.5 нм. Физико-химическая специфика этого уровня заключается в том, что в состав живого входит большое количество химических элементов, но основной элементарный состав живого представлен углеродом, кислородом, водородом, азотом. Из групп атомов образуются молекулы, а из последних формируются сложные химические соединения, различающиеся по составу и функциям. Все макромолекулы универсальны, так как построены по одному плану независимо от их видовой принадлежности. Являясь универсальными, они одновременно и уникальны, ибо их структура неповторима. В состав большинства белков входит 100-500 аминокислот, но последовательности аминокислот в молекулах белков неповторимы, что делает их уникальными. Объединяясь, макромолекулы разных типов образуют надмолекулярные структуры, примерами которых являются нуклепротеиды (комплексы нуклеиновых кислот и белков), липопротеиды (комплексы липидов и белков), рибосомы (комплексы нуклеиновых кислот и белков). Биологическая специфика молекулярного уровня определяется функциональной специфичностью биологических молекул. Например, специфичность нуклеиновых кислот заключается в том, что в них закодирована генетическая информация о синтезе белков. Этим свойством не обладают другие биологические молекулы. Биологические молекулы обеспечивают преемственность между молекулярным и следующим за ним уровнем (клеточным), так как являются материалом, из которого образуются надмолекулярные структуры. Молекулярный уровень является «ареной» химических реакций, которые обеспечивают энергией клеточный уровень.
Клетка — основная структурная и функциональная единица всех живых организмов. Представляет собой сложноорганизованную систему из биологических полимеров (в том числе нуклеиновые кислоты, простые и сложные белки) и других соединений, способную к самоподдержанию и самовоспроизведению. Клетка может существовать как отдельный одноклеточный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы) или в составе тканей многоклеточных растительных и животных организмов. К неклеточным формам жизни принадлежат только вирусы.
Каждая клетка имеет клеточную или цитоплазматическую мембрану, отделяющую её от окружающей среды, цитоплазму с погружёнными в неё внутриклеточными образованиями - органеллами, и генетический аппарат, контролирующий все процессы жизнедеятельности клетки. В зависимости от организации генетического аппарата и структуры клетки все организмы делят на прокариот (к ним относятся бактерии и ар-хебактерии) и эукариот (все остальные организмы).
Прокариотические клетки не имеют выраженного ядра - их генетический материал в виде кольцевой молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) не обособлен мембраной и находится непосредственно в цитоплазме. Они значительно беднее эукариотических клеток по составу органелл. Размеры их в среднем составляют 0,5-5 мкм. Форма этих клеток весьма разнообразна: палочки, спирали, сферы (кокки) и т. д.
Эукариотические клетки крупнее (длина в среднем составляет 10-100 мкм, а объём в 1000-10 000 раз больше, чем у прокариот) и имеют более сложную организацию. Их генетический материал организован более сложно и отграничен от цитоплазмы ядерной оболочкой, или мембраной. Таким образом, у них имеется оформленное клеточное ядро. В цитоплазме присутствует много других разнообразных по структуре и функциям органелл, в том числе митохондрии, вакуоли, пластиды, эндоплазматическая сеть, Голъджи аппарат. Цитоплазму многих клеток пронизывает сеть белковых нитей, образующих опорно-двигательную систему клеток - цитоскелет. Несмотря на сложную организацию и пространственную разобщённость различных клеточных структур, все они существуют как единое целое. Многообразные биохимические реакции, одновременно протекающие в клетке, тесно скоординированы между собой благодаря наличию системы регуляторных механизмов.
Различают также половые и соматические клетки. Половые клетки (гаметы) обеспечивают передачу наследственной информации от родителей потомкам. Соматические клетки - все остальные клетки организма. Жизнь клетки от одного деления до другого называется клеточным циклом. У многоклеточных эукариот, несмотря на сходство в строении внутриклеточных структур, клетки могут сильно различаться по форме, размеру и функциям.
Жизненно важные функции можно разбить на четыре категории: подвижность, раздражимость, метаболизм и размножение.
Подвижность проявляется в различных формах: 1) внутриклеточная циркуляция содержимого клетки; 2) перетекание, обеспечивающее перемещение клеток (например, клеток крови); 3) биение крошечных протоплазматических выростов — ресничек и жгутиков; 4) сократимость, наиболее развитая у мышечных клеток.
Раздражимость выражается в способности клеток воспринимать стимул и реагировать на него импульсом, или волной возбуждения. Эта активность выражена в наивысшей степени у нервных клеток. Метаболизм включает все превращения вещества и энергии, протекающие в клетках. Размножение обеспечивается способностью клетки к делению и образованию дочерних клеток. Именно способность воспроизводить самих себя и позволяет считать клетки мельчайшими единицами живого. Однако многие высокодифференцированные клетки эту способность утратили.
В органах и тканях связь между клетками осуществляется за счёт специальных межклеточных контактов - участков плазматической мембраны или клеточной стенки. К числу таких контактов относятся плазмодесмы (у растений) и десмосомы (у животных).
Наука о клетке - цитология. Для изучения клеток используют различные виды микроскопов (от светового до электронного и сканирующего), культивирование клеток, различные методы клеточной инженерии, а также многочисленные методы биохимии, биофизики, молекулярной биологии.
Разнообразие животных и растительных клеток:
1 — клетки почки лягушки, видны митохондрии; 2 — чувствительная клетка спинномозгового нервного узла человека, виден комплекс Гольджи; 3 — мегакариоцит из костного мозга человека; 4 — жировая клетка из подкожной клетчатки крысы; 5 — клетки поджелудочной железы человека, видны комплекс Гольджи и секреторные гранулы; 6 — нейтрофильный лейкоцит человека; 7 — гладкая мышечная клетка кишечника человека; 8 — тучные клетки в рыхлой соединительной ткани крысы; 9 — эритроциты человека; 10 — эритроциты верблюда; 11 — малая и большая пирамидальные клетки коры головного мозга человека; 12 — эритроциты курицы; 13 — клетка волоска тычиночной нити традесканции; 14 — клетки листа элодеи; 15 — клетка плода ландыша; 16 — эритроциты свиньи.
Вид - основная структурная единица в системе живых организмов; главная таксономическая категория в биологической систематике. Заложивший основы систематики животных и растений шведский биолог К. Линней в своём труде «Система природы» (1735 г.) объединил виды в роды, отряды и классы. Для обозначения вида он ввёл двойную, или бинарную, номенклатуру. К концу 19 в. был накоплен большой материал по внутривидовой географической изменчивости вида и введено понятие подвида. В первой половине 20 в. сложилось современное представление о виде.
Однако строгое общепринятое определение вид ещё не разработано; обычно под видом понимается совокупность относительно изолированных групп (популяций) особей, обладающих сходными морфологическими, физиологическими, биохимическими и поведенческими признаками и характером взаимоотношений с различными факторами внешней среды, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, имеющих определённую область распространения (ареал). Таким образом, основными конкретными положениями (критериями), позволяющими отличать один вид от другого, являются: морфологический (один из самых важных) - сходство внешнего строения особей; физиологический - сходство всех процессов жизнедеятельности и функций у особей одного вида; биохимический - сходное строение химических структур организма (в том числе белков и нуклеиновых кислот); эколого-географический - включает как область распространения (ареал обитания, его размеры, особенности), так и совокупность всех факторов среды, воздействующих на вид, его экологическую нишу.
К важнейшим современным критериям вида относится репродуктивная изоляция. Вид характеризуется генетическим единством и существует как сформировавшаяся в ходе эволюции единая генетическая система. Генофонд вида благодаря действию разнообразных механизмов защищён от проникновения генов из генофондов других видов. Таким образом, отсутствие обмена генами между экологически взаимодействующими популяциями свидетельствует об их принадлежности к разным видам. В то же время некоторые виды, абсолютно изолированные в природе, в искусственных условиях могут эффективно скрещиваться с другими видами.
Каждого из вышеназванных критериев недостаточно для описания В. Например, существуют В., почти не различающиеся по морфологическим признакам (виды-двойники), или В. с практически совпадающими ареалами. Поэтому только совокупность всех критериев позволяет установить видовую принадлежность организма.
В настоящее время описано более 1,2 (до 1,5) млн. В. животных и более 300 (350— 500) тыс. В. растений, обитающих на нашей планете. Ежегодно описываются сотни и тысячи новых В. организмов. В ходе эволюции одни В. исчезали, другие появлялись. Процесс видообразования - основной и важнейший этап эволюции живых организмов на Земле.
Популяция(от лат. «популос» - народ, население) - группа особей одного вида, занимающих в течение длительного времени общую территорию. Все биологические виды существуют в виде популяций. Организмы, входящие в состав одной популяции, свободно скрещиваются между собой и формируют общий генофонд популяции, в который вносит вклад каждое поколение особей разного генотипа.
Популяции характеризуются общей численностью входящих в неё особей, плотностью (количеством особей на единицу площади), особенностями распространения особей на занимаемой популяцией территории и их структурой. Структура популяции определяется соотношением особей разного пола, возраста и размера, различиями генотипов и т. д. Соответственно выделяют возрастную, половую, размерную, генетическую и другие структуры популяции. Взаимодействие организмов в популяции приводит к тому, что у неё появляются собственные свойства, отличные от свойств отдельной особи. Природная популяция представляет собой некое единство. Популяции организмов разных видов, сосуществующих на одной и той же территории, образуют в своей совокупности сообщество, или биоценоз.
Любая популяция при наличии благоприятных условий для жизни её членов способна к неограниченному росту их численности, но в силу ограниченности природных ресурсов, наличия неблагоприятных факторов во внешней среде (недостаток пищи, изменение климата, наличие врагов и т. д.) такой рост становится невозможным. У большинства видов животных и растений численность популяции более или менее постоянна, но в ряде случаев она бывает подвержена значительным колебаниям, которые иногда носят регулярный характер (как у полёвок, леммингов, некоторых насекомых). Часто вспышки численности могут сопровождаться миграциями животных (например, перелётные виды саранчи и многие копытные, осваивающие новые территории в поисках корма).
Популяцию рассматривают как элементарную единицу процесса эволюции, способную реагировать на изменение среды перестройкой своего генофонда. Две популяции организмов одного и того же вида будучи отделёнными друг от друга трудно преодолимым барьером (горным хребтом, широким озером) могут дать начало двум новым видам. Понятие «популяция» является одним из центральных в биологии, а генетические, экологические и эволюционные подходы к изучению популяции часто объединяют в особое направление – популяционную биологию. Без изучения популяций невозможно принятие мер по защите растений, рациональному использованию биологических ресурсов и охране природы. Термин «популяция» употребляется также по отношению к однородным по определённому признаку группам клеток (клеточная П.), например, по их способности к обновлению, и к размножающимся делением клеткам бактерий, представляющим собой группу клонов - прямых потомков одной клетки.
Биоценоз (от био... и греч. «койнос» - общий) - сообщество растений, грибов, животных и микроорганизмов, совместно населяющих определённый участок суши или водоёма; составная часть биогеоценоза (экосистемы). Биоценоз довольно устойчивое образование, обладающее способностью к самоподдержанию и сохранению видового состава в постоянно меняющихся внешних условиях и упорядоченностью структуры.
В любой биоценоз обязательно входят: организмы, способные создавать органическое вещество из неорганического за счёт солнечной энергии (главным образом зелёные растения) или за счёт энергии, полученной в процессе окисления некоторых неорганических химических соединений (хемосинтезирующие микроорганизмы); такие организмы (с автотрофным типом питания) называются продуцентами, или производителями. Среди остальных членов сообщества имеются консументы (потребители) - организмы-гетеротрофы, питающиеся готовым органическим веществом (животные, грибы, некоторые микроорганизмы), и редуценты (восстановители) - животные, питающиеся разлагающимися остатками организмов (сапрофаги), немногие растения-паразиты и водоросли (сапрофиты) и непаразитирующие гетеротрофные микроорганизмы. Редуценты способствуют минерализации органического вещества, его переходу в соединения, которые могут усваиваться продуцентами.
Термин «биоценоз» предложен в 1877 г. немецким биологом К. Мёбиусом, изучавшим комплексы донных животных, обитающих в сплошных многослойных поселениях устриц - устричных банках. Он подчёркивал взаимосвязь всех компонентов биоценоза, их зависимость от одних и тех же факторов среды обитания. Совокупность растений, входящих в биоценоз, называют фитоценозом, совокупность животных — зооценозом. Примером биоценоза, может служить сообщество всех живых организмов участка леса, ручья или пруда.
В составе биоценоза нередко выделяются «центры притяжения» - вид или группа видов, наиболее многочисленные и определяющие продуктивность всего сообщества: в дубраве это дуб, на устричных банках - устрицы. Большое значение для поддержания структуры биоценоза имеют внутривидовая и особенно межвидовая конкуренция.
Различают первичные биоценозы, сложившиеся без воздействия человека (девственный лес, целинная степь), и вторичные, изменённые деятельностью человека (например, леса, выросшие на месте сведённых). Особую категорию представляют сообщества, созданные и регулируемые человеком, - агробиоценозы (совокупность организмов, обитающих на землях сельскохозяйственного пользования, занятых посевами или посадками культурных растений). Природная территория, занимаемая сообществом биоценоз, называется биотопом.
Биогеоценоз (от био..., греч. «ге» - Земля и «койнос» - общий) - совокупность живых и неживых компонентов природы, взаимосвязанных между собой путём обмена веществом и энергией в пределах однородного участка земной поверхности; элементарная структурная единица биосферы. К живым компонентам биогеоценоза относятся растения, грибы, животные и микроорганизмы, в совокупности составляющие биоценоз. Среда обитания, включающая приземный слой атмосферы, солнечную энергию, все химические элементы, вовлекаемые в биогеохимические циклы (круговороты), почву, водоёмы и др., относится к неживым компонентам. Термин «биогеоценоз» предложен российским учёным В. Н. Сукачёвым в 1940 г.
Роль отдельных компонентов биогеоценоза неравнозначна и специфична. Необходимым условием существования биогеоценоза является постоянный приток солнечной энергии. Особое значение в структуре и функционировании биогеоценоза имеют зелёные растения. Они производят основную массу первичного органического вещества, энергию которого используют сами растения и все гетеротрофные организмы (животные, грибы, некоторые микроорганизмы), которым она передаётся по цепям питания от одного трофического уровня к другому. Путём фотосинтеза и дыхания зелёные растения поддерживают баланс кислорода и углекислого газа в атмосфере, благодаря транспирации участвуют в круговороте воды, в перераспределении и миграции химических элементов почвы. Сообщества зелёных растений (фитоценозы) определяют облик биогеоценоза, его пространственные границы.
Биогеоценоз - динамическая система, в ходе развития которой происходит накопление массы живого вещества и усложнение структуры. Вместе с тем биогеоценозу присуща определённая устойчивость во времени, являющаяся результатом длительного приспособления живых и неживых компонентов друг к другу. В совокупности биогеоценозы Земли образуют биогеоценотический покров, то есть всю биосферу..
Термин «биогеоценоз» получил распространение главным образом в отечественной литературе. За рубежом, особенно в англоязычных странах, в аналогичном значении чаще используют термин «экосистема», хотя последний более многозначен и употребляется также по отношению к искусственно созданным сообществам организмов (аквариум, космический корабль) и к отдельным частям биогеоценоза (например, гниющий пень в лесу со всеми населяющими его организмами).
Биосфера(от био... и греч. «сфера» - шар) - высокоорганизованная оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов. Первые представления о биосфере как области «жизни» и наружной оболочке Земли в начале 19 в. были изложены французским зоологом Ж. Б. Ламарком. Термин «биосфера» ввёл австрийский геолог Э. Зюсс (1875 г.), определивший её как тонкую плёнку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую «лик Земли». Заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит российскому ученому В.И. Вернадскому, понимающему ее значительно шире и глубже. Границы биосферы условны, но в целом верхнюю границу биосферы в атмосфере проводят на высоте 20-25 км, т. е. на высоте озонового слоя; нижнюю границу биосферы опускается в среднем на 2-3 км на суше и на 1-2 км ниже дна океана. Ученый считал, что самой существенной особенностью биосферы является биогенная миграция атомов химических элементов, вызываемая лучистой энергией Солнца и проявляющаяся в процессе обмена веществ, росте и размножении организмов. В. И. Вернадский отмечал, что вещество биосферы состоит из 7 разнородных частей, среди которых выделяют биогенное вещество — уголь, нефть, известняки, косное вещество - всё то, в создании чего живые организмы не принимали участия, и биокосное вещество — образовано одновременно косными процессами и живыми организмами (почва). Особая роль в развитии биосферы в XX в., по В. И. Вернадскому, принадлежит человеку, преобразующему «Лик Земли». В 1944 г. Вернадский развил представление о переходе биосферы в ноосферу, то есть в такое ее состояние, когда развитие биосферы будет управляться разумом человека.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Биологическая эволюцией это историческое развитие организмов в основе... Основу принципов эволюции воспроизводства и развития живых систем составляют предложенные Ч Дарвином движущие силы...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Уровни организации живой материи
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов