Концепция уровней биологических структур и организация живых систем - OXFORDST.RU

Концепция уровней биологических структур и организация живых систем

Урок Бесплатно Уровни организации живых систем

Введение

Биология — сложная наука, которая не только изучает организмы животных, растений, грибов на уровне отдельных субъектов, но и пытается заглянуть за эту субъектность, объединяя организмы в определенные группы, которые затем становятся единицами изучения ученых.

Также ученые стремятся рассмотреть отдельные составляющие организма, проследить взаимодействие этих составляющих друг на друга и их влияние на отдельный субъект. Изучая внутренние органы животных, исследователи пытаются понять, как один орган влияет на другой (например, как головной мозг регулирует деятельность остальных органов).

То есть биология пытается развить представление о целостности живой природы на основе анализа и синтеза, поэтому учеными были выделены уровни организации живых организмов для понимания устройства и взаимодействия всего живого и неживого.

Уровни организации жизни — это иерархически соподчиненные уровни организации биосистем, то есть низшие уровни подчинены высшим. Они отражают степень усложнения различных биосистем.

Существование жизни на всех уровнях подготавливается и определяется структурой низшего уровня, то есть характер клеточного уровня организации определяется молекулярным, характер организменного- клеточным уровнем.

Например, сердце формируется благодаря особому строению и функциям мышечных клеток, которое было определено их молекулярным строением.

Деление живого на уровни весьма условно, оно просто отражает системный подход в изучении природы.

Каждый отдельный уровень изучает соответствующий отдел науки о живом: молекулярной биологии, цитологии, генетики, анатомии, физиологии, экологии и других наук.

Выделяют три большие группы уровней организации:

  • суборганизменный
  • организменный (или онтогенетический)
  • надорганизменный

Суборганизменный уровень включает, в свою очередь, пять уровней: атомарный, молекулярный, субклеточный, клеточный, тканевый, органный.

Тканевый и органный уровни чаще всего объединяют в один — тканево-органный.

Организменный (или онтогенетический) уровень- это сам организм.

Надорганизменный уровень включает в себя три подуровня: популяционно- видовой, биогеоценотический, биосферный.

Мы с вами изучим основные уровни организации живых систем:

  • молекулярный
  • клеточный
  • тканевый
  • органный
  • организменный
  • популяционно-видовой
  • биогеоценотический
  • биосферный

Суборганизменные уровни организации

1. Молекулярный уровень организации жизни

Молекулярный уровень можно назвать первым и наименьшим, но именно он является определяющим в строении и функции последующих уровней организации, то есть это как бы основа всех дальнейших уровней.

Формируют этот уровень молекулы белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, которые сами по себе вне клеточных структур не являются живыми, но именно они создают надмолекулярные клеточные структуры, в которых проявляются отдельные, но очень важные признаки жизни.

Именно на молекулярном уровне происходят различные биохимические реакции, а реализация наследственной информации происходит благодаря молекулам ДНК и РНК . Механизмы этих процессов универсальные для всех живых организмов.

Благодаря изучению молекулярного уровня можно понять, как протекали процессы зарождения и эволюции жизни на нашей планете, каковы молекулярные основы наследственности, основы последовательных биохимических реакций в организме.

К примеру, на уроке «Метаболизм. Пластический обмен» мы разбирали такое свойство генетического кода, как универсальность, согласно которому гены всех организмов одинаковым образом кодируют наследственную информацию, будь это бактерии или клетки человека — принцип будет одинаковым, и эти процессы идут именно на молекулярном уровне организации живого.

Компоненты молекулярного уровня: молекулы неорганических и органических соединений, молекулярные комплексы химических соединений (клеточная мембрана или мембраны ядра).

Основные процессы молекулярного уровня:

  • объединение молекул в особые комплексы
  • осуществление упорядоченных физико-химических реакций
  • копирование (редупликация) ДНК, кодирование и передача генетической информации

Науки, ведущие исследования на этом уровне:

  • биохимия
  • биофизика
  • молекулярная биология
  • молекулярная генетика

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Атомный (элементарный) уровень: на нем рассматривается роль отдельных химических элементов в живом организме (Fe, F, I, Se, Na).

Субклеточный уровень образован органеллами клетки (митохондриями, хлоропластами, рибосомами, лизосомами), ядром, хромосомами и другими субклеточными структурами.

На уровне субклеточных (надмолекулярных) структур ученые изучают строение и функции органелл, а также других включений клетки

2. Клеточный уровень организации жизни

Единицей этого уровня является клетка (клетки бактерий, цианобактерий, одноклеточных животных и водорослей, одноклеточных грибов (мукор, дрожжи), клеток многоклеточных организмов)).

Клетка- это структурная и функциональная единица всего живого.

Более подробную информацию о клетке вы можете узнать из урока «Клетка- основа жизни».

Именно на этом уровне прослеживаются все признаки живого (размножение, рост, обмен веществ, раздражение и другие признаки).

Клетка также является минимальной единицей живого, способной к самостоятельному существованию либо в виде одноклеточных организмов, либо в тканях многоклеточного организма.

Если говорить об организмах одноклеточных, то к таковым мы можем отнести бактерии и простейшие (амеб, эвглен, инфузорий), среди грибов к одноклеточным относятся дрожжи и мукор.

Если рассматривать многоклеточных организмов, то количество клеток в их организме может быть очень велико, и эти клетки могут сильно отличаться по строению, хоть и находятся в одном организме. Например, посмотрим на нервную и мышечную клетки человека:

Вне клетки жизни нет. Такие организмы, как вирусы, подтверждают это правило, потому что они могут проявлять признаки живого и реализовывать свою наследственную информацию только тогда, когда попали в живую клетку.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Стволовыми клетками называются незрелые клетки особого типа, способные развиваться во все виды клеток, составляющих различные ткани организма.

Стволовые клетки в организме находятся как бы в спящем состоянии, у них замедлен обмен веществ.

Они являются резервом организма в случае возникновения различных стрессовых ситуаций (травмы, ранения, болезни).

После «активации» они служат «материалом» для восстановления (регенерации) пораженных органов или тканей.

Также стволовые клетки необходимы для непрерывно происходящей в организме физиологической регенерации (замена старых клеток на новые).

Ученые полагают, что из стволовых клеток в отдаленной перспективе можно будет выращивать практически любую ткань, что может помочь лечению многих заболеваний.

Компоненты клеточного уровня: комплексы молекул химических соединений и органеллы клетки.

Основные процессы клеточного уровня:

  • биосинтез, фотосинтез, энергетический обмен, митоз, мейоз
  • регулирование химических реакций
  • деление клетки
  • привлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистеме

Науки, ведущие исследования на клеточном уровне:

  • цитология
  • генная инженерия
  • цитогенетика
  • эмбриология
  • микробиология

3. Тканевый уровень организации жизни

Единицей этого уровня является ткань.

Ткань— это совокупность клеток и межклеточного вещества, объединенных общностью происхождения, строения и выполняемых функций.

Ткани возникли в ходе эволюционного развития вместе с многоклеточностью организмов.

В ходе онтогенеза ткани образуются на ранних стадиях эмбрионального развития благодаря дифференциации клеток.

Дифференциация клеток- процесс, в результате которого клетка становится специализированной, то есть приобретает химические, морфологические и функциональные особенности, свойственные только для нее.

У животных различают несколько типов тканей: эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная.

У растений выделяют следующие виды тканей: образовательная, основная (фотосинтезирующая), проводящая (флоэма, ксилема), покровная, механическая.

На этом уровне происходит специализация клеток.

Более подробно вы можете узнать о тканях из наших уроков: «Ткани растений» и «Ткани животных».

Компоненты тканевого уровня: клетки и межклеточная жидкость.

Основные процессы тканевого уровня: процессы, характерные для того или иного вида тканей (гомеостаз, регенерация).

Наука, ведущая исследования на тканевом уровне:

4. Органный уровень организации жизни

Составляют этот уровень органы многоклеточных организмов.

Орган- это обособленная часть организма, имеющая определенную форму, строение, расположение и выполняющая конкретную функцию.

Орган чаще всего образован несколькими видами тканей, среди которых одна (две) преобладает.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

У простейших организмов, конечно же, нет тканей и органов, так как они состоят всего из одной клетки, но функции пищеварения, дыхания, циркуляция веществ, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счет различных органелл в их клетках.

Организменный уровень организации жизни

Все живое на Земле существует в виде обособленных субъектов- особей, которые формируют организменный уровень.

При изучении одноклеточных организмов ученые отмечают то, что особью является каждая отдельная клетка, например, бактерия, простейшие (амеба, инфузория, эвглена), то есть это организмы, которые одновременно могут представлены и клеточным и организменным уровнем организации.

Также на этом уровне рассматривают и многоклеточные организмы: растения, животные, грибы.

Компоненты органного уровня: клетки одноклеточных; клетки и ткани, из которых образованы органы многоклеточных организмов.

Читайте также  Мой речевой портрет

Основные процессы органного уровня:

  • раздражительность
  • размножение
  • рост и развитие
  • нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности
  • гомеостаз

Науки, ведущие исследования на органном уровне:

  • анатомия
  • биометрия
  • морфология
  • физиология
  • гистология

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Биометрия- система распознавания людей по одной или более физическим или поведенческим чертам (трёхмерная фотография лица или тела, образец голоса, отпечатки пальцев, рисунок вен руки, группа крови, специальное фото роговицы глаза и так далее).

К примеру, в Китае активно используется технология распознавания лиц в различных областях, начиная от оплаты покупок до общественной безопасности.

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Уровневая организация и эволюция

Содержание:

Живым системам свойственна уровневая организация, представляющая собой соподчиненность одних категорий другим. Уровневая организация встречается как внутри живых систем, так и образуется целыми организмами на планете.

Уровневая организация и эволюция

Базовым принципом построения уровневой организации является иерархичное подчинение структур (порядков) организации жизни. Самым простым таким уровнем выступает «молекулярный», а самым сложным – «биосферный». Неоднородно образованная живая природа является целостной системой, составляющие звенья которой способны упорядоченно организовываться.

Каждый уровень организации определяется наличием элементарного явления и элементарной единицей. Элементарное явление не что иное как изменения, составляющие весомый вклад для любого из уровней. Элементарная единица – объект либо структура, находящаяся внутри уровня.

Миллиарды лет на планете шло образование существующих сегодня многоуровневых структур. При этом наблюдалось прогрессирование усложнений внутри живых организмов. Полезные приобретения, помогающие живым существам выживать в меняющихся условиях, всегда сохранялись в ходе происходящей эволюции. Считается, что происходящие эволюционные преобразования идут и в наше время.

В ходе эволюции наш мир превратился в многоуровневую систему. Поначалу формировались уровни простой организации материи, а затем они становились компонентами сложных систем. Благодаря этому уровневая организация с эволюцией стали отличительными критериями (признаками) живых организмов.

Основные уровни организации живой природы

На сегодняшний день различают следующие уровни организации живого:

  1. Молекулярно-генетический
    На данном уровне начинается жизнедеятельность биологических макромолекул: полисахаридов, липидов, белков и нуклеиновых кислот. Элементарной единицей здесь выступает ген, в котором записаны определенные биологические (генетические) свойства. За элементарное явление берется процесс самовоспроизведения (редупликация), где возможно проявление изменчивости (мутации).
  2. Клеточный
    За единицу строения и функционирования живых организмов взята клетка, внутри которой содержится способный к передаче генетический материал. Кроме этого, в данной структуре идут обменные процессы, и аккумулируется энергия. Происходящие в клетках обменные (метаболические) процессы являются элементарными явлениями данного уровня.
  3. Тканевый
    Тканью именуют сходные по строению, происхождению и функциям клеточные структуры, соединенные посредством межклеточного вещества. Впервые данный уровень организации появляется у многоклеточных существ. Элементарной единицей здесь является ткань, а элементарным явлением служит ее дифференцировка.
  4. Органный
    Органным уровнем организации считают совокупность разных тканей, имеющих общее происхождение внутри многоклеточного тела. Не принято считать отдельный орган целостным организмом! Элементарной единицей данного уровня считается также орган.
  5. Организменный (онтогенетический)
    Организменный уровень представляет собой целостную систему, способную к автономному (самостоятельному) существованию. В данную категорию относят многоклеточных (имеют много клеток) и одноклеточных организмов. Причем, организация клеточного уровня у одноклеточных схожа с организменным порядком.
    Если углубиться в историю, некогда на нашей планеты господствовали исключительно одноклеточные формы, жизнедеятельность которых, обеспечивала функционирование и всей биосферы и отдельных биогеоценозов. В составе многоклеточных организмов присутствуют органы и ткани, имеющие клеточное строение. За элементарную единицу здесь берется особь на этапе индивидуального развития (онтогенеза). Элементарное явление здесь — путь индивидуального развития особи.
  6. Популяционно-видовой
    Популяцией именуют группу особей, относящихся к одному виду, длительное время проживающих на определенной территории, способных к размножению, оставляя плодовитое потомство. Особи популяций способны к свободному обмену наследственными свойствами с последующей передачей ее потомству. В популяционно-видовом уровне популяции являются элементарными единицами, а идущие эволюционные преобразования (естественный отбор и наследственная изменчивость) служат элементарными явлениями.
  7. Биогеоценотический
    В качестве биогеоценоза понимают исторически сложившиеся популяционные сообщества, объединяющие разные виды, которые взаимосвязаны между собой и с условиями окружающей среды. Каждый отдельный биогеоценоз служит элементарной единицей, а элементарным явлением — круговорот веществ и энергии, связанный с жизнедеятельностью живых организмов и факторами окружающей среды.
  8. Биосферный
    За биосферу принимают оболочку Земли, населенную живыми организмами, способными ее преобразовывать. Среди уровней организации биосфера является самым высшим звеном. Она состоит из верхних слоев литосферы, гидросферы и нижней зоны атмосферы. Биосфере свойственна динамичность и активное преобразование жизнедеятельностью живых организмов. В качестве элементарной единицы здесь выступает она сама. Элементарными явлениями здесь являются – глобальные круговороты энергии и веществ, объединяющие все экосистемы в единое целое.

Каждому из описанных уровней свойственно внесение своей лепты в структуру эволюционного процесса: внутри клеток происходит воспроизведение заложенных наследственных свойств и их изменение, благодаря чему возникают новые комбинации признаков. Они подвергаются воздействию силы естественного отбора и в результате либо закрепляются, либо отсеиваются из генофонда.

Уровень

Признак / характеристика

Пример

Уровень функционирования биологических макромолекул

Естествознание. 10 класс

Конспект урока

Естествознание, 10 класс

Урок 18. «Единство многообразия: биологические системы»

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Как можно определить понятие «жизнь»;

Что такое иерархические уровни организации живой материи;

Сколько уровней организации живого и каковы критерии их выделения;

Почему необходимо осознавать иерархичность и системную организацию природы;

Глоссарий по теме:

Биология – наука о живой природе и закономерностях, ею управляющих; изучает все проявления жизни, строение и функционирование живых существ, а также их сообществ, их взаимосвязи между собой и с неживой природой.

Биологическая система — самообновляющиеся, самовоспроизводящиеся и саморегулирующиеся на основе потоков вещества, энергии и информации структуры; состоит из подсистем низшего уровня и является подсистемой высшего уровня.

Уровни организации биосистем – это функциональное место биологической структуры определённой степени сложности в общей иерархии живого. Различают молекулярно-генетический, клеточный, органно-тканевой, организменный, популяционно-видовой, экосистемный (биогеоценотический), биосферный уровни.

Особь – самостоятельно существующий организм.

Вид – группа особей, сходных по морфолого-анатомическим, физиолого-экологическим, биохимическим и генетическим признакам, занимающих естественный ареал, способных свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство; основная структурная единица биологической систематики живых.

Популяция — структурная единица вида, совокупность особей (организмов) одного вида, которые населяют определённую территорию и взаимодействуют друг с другом.

Экосистема — это совокупность совместно обитающих популяций разных видов и среды их обитания, объединённых потоками вещества и энергии. Основа экосистемы — растения и/или бактерии, которые создают первичное органическое вещество в результате процессов фотосинтеза или хемосинтеза.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017.: с 84-87.

Электронные ресурсы:

Уровни организации живого. Проект «Вся биология» // электронный доступ: http://www.sbio.info/dic/12476

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Живой мир необычайно разнообразен. В настоящее время описано примерно 500 тыс. видов растений и более 1,6 млн. животных, более 3 тыс. видов микроорганизмов. И ещё порядка двух миллионов видов ждут своего открытия учёными.

В задачи биологии входит выявление и объяснение общих явлений и процессов для всего многообразия форм жизни.

Дать полное определение сущности жизни на современном этапе развития науки ещё очень сложно. В настоящее время мы можем лишь наблюдать и фиксировать факты проявления этого феномена. Жизнь – это качественно особая форма существования материи. Важно познакомиться с различными подходами к определению сущности жизни, чтобы осознать всю сложность данного феномена.

Каждый организм независимо от сложности устройства представляет собой совокупность упорядоченно взаимодействующих структур, образующих единое целое, т.е. является системой. Отметим, что именно целое, а не сумма частей! Поскольку целое определяет новое свойство, которого не было у отдельных компонентов. При этом системы могут состоять из более мелких систем и сами входить в свою очередь в системы большего масштаба. Такая системность и иерархичность устройства является основным в организации и существовании жизни.

Читайте также  Защита информации виртуальных частных сетей

При этом не существует организмов, которые не взаимодействовали бы с окружающей средой, не обменивались с ней энергией и веществом. Именно эта особенность позволяет организмам поддерживать свою целостность (упорядоченность) и выполнять свои функции. При этом организмы имеют возможность обмениваться информацией и реагировать на изменения условий окружающей среды – это свойство получило название раздражимость (не путать с раздражительностью!).

Особо обратим внимание, что отличительной характеристикой биологических систем от всех других является самостоятельность организации и протекания всех процессов жизнедеятельности, хранение и передача информации о своей структуре и функциях. Эти механизмы одинаковы для всех живых организмов, что позволяет сделать вывод о единстве всего живого.

Таким образом, биологическую систему можно определить как самообновляющиеся, самовоспроизводящиеся и саморегулирующиеся на основе потоков вещества, энергии и информации структуры, состоящей из подсистем низшего уровня и являющейся подсистемой высшего уровня.

Выделяют следующие уровни организации биосистем: молекулярно-генетический, организменный (онтогенетический), популяционно-видовой, экосистемный. Для удобства изучения фундаментальных уровней организации биосистем выделяют более мелкие уровни организации. К группе микросистем относят молекулярный и клеточный, к мезосистемным – тканевой, органный и организменный, к группе макросистем – популяционно-видовой, экосистемный (биогеоценотический), биосферный уровни. Каждая биологическая система принадлежит к определённому уровню организации. Существование жизни на каждом последующем уровне определяется структурой более низшего уровня, что определяется как иерархичности живого.

Молекулярный уровень – это самый низший уровень, здесь проходит граница между живым и неживым. Этот уровень представлен системами в формате макромолекул – биополимеров, которые участвуют в построении всех живых организмов. Нуклеиновые кислоты, построенные из пяти азотистых оснований и двух моносахаров; белки построены в основном из 20 стандартных аминокислот –, которые присущи только живым организмам, но сами по себе не могут считаться живыми, т.к. не обладают всеми свойствами живого.

Клеточный уровень – характеризуется единством структурной организации всех живых организмов, которое заключается в том, что существует некая структура, отделяющая внутреннюю среду клетки от внешней; система внутренней среды, которая отвечает за выполнение всех жизненных функций клетки, генетический аппарат. Клетка – низшая система, которой присущи все свойства живого.

Органно-тканевой уровень возникает вместе с появлением многоклеточных организмов, обладающих дифференцированными клетками, которые объединяются в ткани. Различные ткани сочетаясь составляют структуры, выполняющие определённые жизненные функции – органы. Системы органов образуют в свою очередь целостные многоклеточные организмы.

Организменный уровень. Разнообразие организмов, относящихся к одному или разным видам, — следствие не разнообразия дискретных единиц низшего порядка, а все усложняющихся их пространственных комбинаций., обуславливающих новые качественные особенности. При этом каждая особь – организм как целое – имеет свои отличительные черты. Это относится и к многоклеточным и к организмам представленных одной клеткой.

Популяционно-видовой уровень – первая надорганизменная макросистема, компонентами которой являются особи одного вида (сходные по совокупности критериев вида). Вид в целом в форме популяций выполняет роль биотических компонентов биогеоценозов. Популяция – единица эволюции, Именно в ней происходят эволюционные процессы.

Биогеоценотический (от греч. биос – жизнь, геос – Земля, ценоз – общий), экосистемный уровень – исторически сложившиеся на определённой территории устойчивые сообщества популяций разных видов, связанных между собой и с окружающей средой обменом веществ, энергии и информации.

Биосферный уровень (от греч. биос – жизнь, сфера – шар). Это высший уровень организации жизни на нашей планете, где компонентами выступают не отдельные участки поверхности Земли и отдельные популяции, а в единстве оболочек Земли (водной, газовой, каменной) и живого, способного трансформировать космическую энергию Солнца в различные виды (химических связей, тепловую, механическую, электрическую и т.д.).

Все многообразие жизни обнаруживает единство, проявляющееся в иерархичности системной организации живой природы. Взаимосвязь и взаимообусловленность существования живого и неживого на планете Земля обусловлены постоянными потоками энергии, информации и вещества.

Законы функционирования биосистем более высоких уровней не отменяют те, которые характерны для систем более низкого уровня.

Жизнь в целом и человека в частности на планете Земля – явление космическое, уникальное, обусловленное множеством закономерных факторов, но главным является приток энергии извне. Существование биологических систем разных уровней организации без притока энергии невозможно.

Современные биосистемы различных уровней сформировались в результате достаточно длительного периода их эволюции и планеты в целом — пренебрежение человеком, в процессе хозяйственной деятельности, знаниями о законах функционирования природы может привести к нарушениям в работе биосистем.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. Расположите в правильной последовательности биосистемы различных уровней от низшего к более высокому:

Организм; ткань; макромолекулы; орган; клетка; система органов

Ответ: макромолекулы – клетка – ткань орган – система органов — организм

Пояснение: последовательность отражает иерархию живого.

Задание 2. Найдите ошибку (ошибки) и вычеркните их.

Уровни организации биосистем:

  • Атомный уровень;
  • молекулярно-генетический уровень;
  • клеточный уровень;
  • человеческий уровень;
  • органно-тканевой уровень;
  • организменный уровень;
  • популяционно-видовой уровень;
  • инстинктивный уровень;
  • экосистемный (биогеоценотический) уровень;
  • биосферный уровень;
  • молекулярно-генетический уровень;
  • клеточный уровень;
  • органно-тканевой уровень;
  • организменный уровень;
  • популяционно-видовой уровень;
  • экосистемный (биогеоценотический) уровень;
  • биосферный уровень;

Пояснение: уровни отражают иерархию биологических систем. Уровень атома – это физическая система, инстинктивный уровень связан с поведенческими характеристиками и не могут выступать уровнем в иерархии биосистем; человеческий уровень (вероятно, уровень человеческого организма)– человек является частью иерархии биосистем.

Лекция 2. Уровни организации живых систем.

Лекция 2. Уровни организации живых систем.

При изучении живой материи приходится иметь дело с большим количеством взаимодействующих элементов, с иерархически организованной сложностью. В современной биологии очень важен системный подход, системное видение и понимание проблем. Основы системного подхода заложены в трудах российского ученого А.А. Богданова (1913-22 гг.) и австрийского биолога Л. фон Берталанфи, опубликованных в 50-х годах 20 века.

Система – это совокупность взаимодействующих элементов, имеющая входы и выходы для обмена со средой веществом, информацией и энергией. Систему рассматривают как совокупность взаимодействующих подсистем и элементов, составляющих единое целое. Регуляция и саморегуляция системы идет по прямым и обратным связям. Для систем характерны упорядоченность, саморегуляция, саморазвитие, пространственные ограничения. Цель, структура и функция систем – неотъемлемые, взаимосвязанные и взаимобусловленные атрибуты единого целого. Разным целям соответствуют разные по структуре и функции системы.

Основные принципы системного подхода:

Целостность, позволяющая рассматривать одновременно систему как единое целое и в то же время как подсистему для вышестоящих уровней.

Иерархичность строения, т.е. наличие множества (по крайней мере, двух) элементов, расположенных на основе подчинения элементов низшего уровня – элементам высшего уровня.

Структуризация, позволяющая анализировать элементы системы и их взаимосвязи в рамках конкретной организационной структуры. Как правило, процесс функционирования системы обусловлен не столько свойствами ее отдельных элементов, сколько свойствами самой структуры.

Множественность, позволяющая использовать множество различных моделей для описания отдельных элементов и системы в целом.

Применительно к биологии можно отметить, что живые системы всех уровней организации представляют собой неразрывную структурно-функциональную совокупность организмов и среды их обитания, связанную потоками энергии, вещества и информации. Это открытые саморегулирующиеся и саморазвивающиеся системы, состоящие из подсистем. Биологическая система обладает закономерным свойством устойчивости, в ее основе лежит принцип необходимого разнообразия элементов системы.

Следовательно, живая природа является целостной, но неоднородной системой, которой свойственна иерархическая организация. Иерархический принцип организации позволяет выделить в живой природе отдельные уровни, что удобно с точки зрения изучения жизни как сложного природного явления. Объектами изучения в биологии являются молекулы, клеточные органеллы, клетки, ткани, органы, организмы и надорганизменные системы, а также функциональные взаимосвязи между всеми ими.

Молекулярно-генетический уровень изучает молекулярная биология, а также химия природных соединений, где исследуют основные биополимеры – ДНК, РНК, белки, полисахариды и другие компоненты клетки. Процессы молекулярного уровня организации (синтез и разложение белков, нуклеиновых кислот, липидов, обмен веществ и энергии, копирование генетической информации) обеспечивают существование жизни на всех уровнях. Однако жизнь нельзя свести лишь к молекулярному уровню.

Читайте также  Логика социальных наук К.Поппера

Элементарной единицей данного уровня является ген – участок молекулы ДНК, содержащий определенную генетическую информацию. Элементарное явление – редупликация (самовоспроизведение) молекул ДНК, в процессе которой могут возникать различные нарушения, изменяющие смысл генетической информации, что приводит к изменчивости.

Клеточный уровень считают фундаментальным, на нем в полной мере проявляются свойства живого, поэтому клетку считают элементарной структурной и функциональной единицей живой материи. На клеточном уровне жизнь представлена самостоятельными одноклеточными организмами. Кроме этого, клетки входят в состав биологических тканей – совокупностей клеток, сходных по строению и функциям. Элементарное явление – реакции клеточного метаболизма. В клетке осуществляются реализация наследственной информации, обмен веществ и энергии. Эти процессы тесно связаны между собой. Клетки и их органеллы изучает особая наука – цитология.

Тканевый уровень организации живого характерен для многоклеточных организмов. Клетки, даже входящие в состав одного многоклеточного организма, отличаются значительным морфофункциональным разнообразием. Возникшие в ходе эволюции сходные по строению и функциям клетки организма формируют ткани, специализированные на выполнении частных функций. Ткани состоят из клеток общего происхождения и сходных функций. Их изучает гистология.

Органный уровень. Несколько тканей формируют органы – части тела, имеющие определенное строение, занимающие определенное место в организме и выполняющие характерные функции. Отдельные органы, как правило, хорошо различаются по своей структуре даже невооруженным глазом. Органы, объединенные функционально, образуют системы и аппараты органов. Структуры и функции органов и их систем изучают анатомия и физиология.

Организменный уровень. Организм – это высокоинтегрированная живая система, причем характерной чертой эволюции тканевых клеток животных, является их возрастающая подчиненность надклеточным регулирующим системам, в первую очередь нервной и эндокринной. На этом уровне изучают процессы, происходящие в особи, начиная с момента ее зарождения и до прекращения жизни. Индивидуальное развитие особи, илионтогенез, дает возможность называть этот уровень онтогенетическим. Изменения, происходящие в течение всего онтогенеза особи, составляют элементарное явление на данном уровне.

Существуют два типа организмов – одноклеточные и многоклеточные. Организм в тех или иных проявлениях его жизнедеятельности служит предметом исследования многих биологических дисциплин.

Популяционный уровень. Элементарной единицей этого надорганизменного уровня является популяция – группа особей одного вида, обитающих в определенной местности в условиях, где возможно свободное скрещивание. например, лягушки, живущие в одном лесном озере, достаточно удаленном от других водоемов, служат примером популяции. Помимо свободного скрещивания, членов популяции объединяет многое другое, например, условия питания. В популяциях осуществляются элементарные эволюционные преобразования – естественный отбор и мутационный процесс. Несколько популяций объединяются в вид.

Видовой уровень. Вид – это совокупность особей нескольких популяций, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяющих определенную территорию (ареал) и обладающих общими морфофункциональными признаками. Главная особенность вида заключается в его генетической обособленности. Виды, даже близкие, не скрещиваются либо не оставляют плодовитого потомства. Например, городские и деревенские ласточки могут иметь частично совпадающие места обитания, но видовую индивидуальность сохраняют и те и другие.

Биогеоценотический (экосистемный) уровень. Его элементарной структурой являетсябиогеоценоз, или экологическая система, – это устойчивая совокупность разных систематических групп (растений, животных, микроорганизмов) вместе со средой их обитания, объединенных обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.

Примером экосистемы может служить озеро, включающее сообщество гидробионтов (организмов, обитающих в воде), физические свойства и химический состав воды, особенность рельефа дна, состав и структуру грунта, взаимодействующий с поверхностью воды атмосферный воздух, солнечную радиацию.

Экосистема – основная структурная единица окружающего мира. Закономерности функционирования экосистем изучает экология.

Биосферный уровень. Биосферой называют оболочку Земли, включающие все биогеоценозы планеты. Совокупность всех живых организмов, населяющих Землю, составляет «живое вещество». Биосфера – единая глобальная экологическая система, область существования живого вещества. Элементарное явление на биосферном уровне связано с круговоротом веществ и энергии, происходящим при участии живых организмов.

Все уровни организации живого тесно связаны между собой, что свидетельствует о целостности живой природы. Без биологических процессов, осуществляемых на этих уровнях, невозможны эволюция и существование жизни на Земле.

На определенном этапе эволюционного развития биосферы появился человек, в котором объединены биологическое и социальное начала. В жизни человека главную роль играют социальные взаимоотношения. При этом человечество остается составной частью биосферы. Здоровье человека зависит от умения приспосабливаться к меняющимся условиям среды. Если эта способность проявляется недостаточно, то могут возникнуть заболевания, затрагивающие различные уровни организации жизни (клеточный или организменный).

Концепция уровней биологических структур и организация живых систем

Уровни организации живых систем отражают соподчиненность, иерархичность структурной организации жизни; отличаются друг от друга сложностью организации системы (клетка устроена проще по сравнению с многоклеточным организмом или популяцией).

Уровень жизни – это форма и способ ее существования (вирус существует в виде молекулы ДНК или РНК, заключенной в белковую оболочку – форма существования вируса. Однако свойства живой системы вирус проявляет, только попав в клетку другого организма, где он размножается – способ его существования).

Биологи-ческая система

Компоненты, образующие систему

Основные процессы

Отдельные биополимеры (ДНК, РНК, белки, липиды, углеводы и др.);

На этом уровне жизни изучаются явления, связанные с изменениями (мутациями) и воспроизведением генетического материала, обменом веществ.

Комплексы молекул химических соединений и органоиды клетки

Синтез специфических органических веществ; регуляция химических реакций; деление клеток; вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы

Клетки и межклеточное вещество

Обмен веществ; раздражимость

Ткани разных типов

Пищеварение; газообмен; транспорт веществ; движение и др.

Обмен веществ; раздражимость; размножение; онтогенез. Нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности. Обеспечение гармоничного соответствия организма его среде обитания

Группы родственных особей, объединенных определенным генофондом и специфическим взаимо-действием с окружающей средой

Генетическое своеобразие; взаимодействие между особями и популяциями; накопление элементарных эволюционных преобразований; выработка адаптации к меняющимся условиям среды

Популяции разных видов; факторы среды; пространство с комплексом условий среды обитания

Биологический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь; подвижное равновесие между живым населением и абиотической средой; обеспечение живого населения условиями обитания и ресурсами

Биогеоценозы и антропогенное воздействие

Активное взаимодействие живого и неживого (косного) вещества планеты; биологический глобальный круговорот; активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы

Уровни организации живой материи (размерная схема)

Уровни организации структуры тела на современном этапе эволюции

ТЕМАТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

Часть А

А1. Уровень, на котором изучаются процессы биогенной миграции атомов, называется:

1) биогеоценотический
2) биосферный
3) популяционно-видовой
4) молекулярно-генетический

А2. На популяционно-видовом уровне изучают:

1) мутации генов
2) взаимосвязи организмов одного вида
3) системы органов
4) процессы обмена веществ в организме

А3. Поддержание относительного постоянства химического состава организма называется

1) метаболизм
2) ассимиляция
3) гомеостаз
4) адаптация

А4. Возникновение мутаций связано с таким свойством организма, как

1) наследственность
2) изменчивость
3) раздражимость
4) самовоспроизведение

А5. Какая из перечисленных биологических систем образует наиболее высокий уровень жизни?

1) клетка амебы
2) вирус оспы
3) стадо оленей
4) природный заповедник

А6. Отдергивание руки от горячего предмета – это пример

1) раздражимости
2) способности к адаптациям
3) наследования признаков от родителей
4) саморегуляции

А7. Фотосинтез, биосинтез белков – это примеры

1) пластического обмена веществ
2) энергетического обмена веществ
3) питания и дыхания
4) гомеостаза

А8. Какой из терминов является синонимом понятия «обмен веществ»?

1) анаболизм
2) катаболизм
3) ассимиляция
4) метаболизм

Часть В

В1. Выберите процессы, изучаемые на молекулярно-генетическом уровне жизни:

1) репликация ДНК
2) наследование болезни Дауна
3) ферментативные реакции
4) строение митохондрий
5) структура клеточной мембраны
6) кровообращение

В2. Соотнесите характер адаптации организмов с условиями, к которым они вырабатывались

Часть С

С1. Какие приспособления растений обеспечивают им размножение и расселение?
С2. Что общего и в чем заключаются различия между разными уровнями организации жизни?

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: