Разные уровни организации живой материи
ЧТО ИЗУЧАЕТ БИОЛОГИЯ?
Разные уровни организации живой материи
Биология – наука о жизни, о её закономерностях и формах проявления, о существовании и распространении жизни во времени и пространстве, о строении и функции живых существ и их сообществах. Термин «биология» (с греческого bios – жизнь, logos - учение) предложил в 1802 году выдающийся французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк для обозначения науки о жизни как особом творении Божием.
В настоящее время известно и описано более 2 млн видов живых существ, включая около 1 млн видов животных (рис. 2), около 0,5 млн видов растений (рис. 1), сотни тысяч видов грибов (рис. 3), около 5 тысяч видов бактерий (рис. 5), число ещё неописанных видов живых организмов превышает 1 млн. Живые существа – самостоятельные одно- и многоклеточные организмы. Одноклеточные организмы трудно разделить на растения (Protophyta) и животных (Protozoa), их объединяют в несистематическую группу простейших (Protista, рис.4). Вирусы (Virue, рис. 6) - это макромолекулы, обладающие отдельными признаками живых существ, но не имеющие собственного обмена веществ во внешней среде. Это внутриклеточные паразиты, которые проявляют свойства живого внутри клеток человека, животных, растений, грибов, бактерий.
Рис. 1. Царство растений
Рис. 2. Царство животных
Рис. 3. Царство грибов
Рис. 4. Простейшие
Рис. 5. Царство бактерий
Рис. 6. Вирусы
-
Определённый химический состав. Живые организмы и неживая материя состоят из одних и тех же химических элементов, но в состав живых систем эти элементы входят в определённых пропорциях: 98% составляют С, О, N, H. Сочетание этих элементов даёт колоссальное разнообразие соединений – нуклеиновых кислот, липидов, белков и др., которые не встречаются в неживой природе, а в живой системе выполняют сложнейшие функции.
-
Обмен веществ и энергии с внешней средой. Все живые системы способны производить обмен веществ и энергии с окружающей средой в пределах самого организма и в отдельных клетках этого организма, т.е. поглощать необходимые для питания соединения и выделять продукты жизнедеятельности. Непрерывное обновление элементов и энергии позволяет живым системам существовать намного дольше своих молекулярных систем.
-
Рост и развитие. Все живые системы способны к росту и развитию. Это последовательность необратимых качественных изменений живой системы, начинается с первого деления исходной клетки и проходит несколько фаз – ювенальная фаза, фаза зрелости, фаза старения – вплоть до естественной смерти. Эти процессы являются основными критериями жизни.
-
Раздражимость и возбудимость. Способность живых систем реагировать на внешнее воздействие путём преобразования информации из внешней среды, анализа этой информации и адекватного ответа на воздействие, независимо от того, это подвижные животные или растения, ведущие прикрепленный образ жизни, или одноклеточные организмы.
-
Размножение и наследование родительских свойств. Способность к воспроизводству себе подобных и передача родительских признаков последующим поколениям неотъемлемое свойство живых систем.
-
Приспособление к среде обитания и образование иерархий. Образ жизни, внутреннее и внешнее строение, наследственность и изменчивость свойств живой системы удивительным образом соответствуют условиям внешней среды обитания. В любой группе живых организмов происходит образование иерархий – каждый индивидуум занимает определённую позицию и имеет специфические права и обязанности.
Различают несколько последовательных уровней организации живой природы;
Биосферный. Сфера распространения жизни - общепланетарный уровень организации жизни, объединяющий все экосистемы, состоящие из живой и неживой природы (рис. 7). На этом уровне осуществляется круговорот веществ и превращение энергии, тесно связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов планеты.
Рис. 7. Земля из космоса
Экосистемный. Живые организмы разных царств, населяющие определённую территорию и тесно взаимодействующие друг с другом, совместно с окружающей неживой природой образуют природные (рис. 8) и искусственные (рис. 9) экосистемы.
Океан Озеро
Арктика
Тайга
Рис.8. Природные экосистемы.
Пруд
Заповедник
Территория МГУ
Территория школы
Территория дачи
Популяционно-видовой. В природе реально существуют виды и популяции живых организмов. Впервые дал понятие вида Карл Линней в XVIII веке. По современным понятиям вид – это исторически сложившаяся совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиолого-биохимических и генетических признаков, занимающих обширную территорию (ареал), в природных условиях свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство (рис. 10). Популяция - это группа особей одного вида (рис. 11), занимающих определённую территорию, разделённую естественными преградами (реками, горами, пустынями). Вид, таким образом, состоит из популяций, каждая из которых занимает часть ареала вида.
Рис. 10. Виды растений и животных пустыни.
Рис. 11. Расы (популяции) людей
Организменный. Специализированные для выполнения различных функций органы и ткани объединены в целостную систему живого организма, независимо от того, это растение (рис. 12), животное или человек (рис. 13).
Рис. 12. Цветок, корень, стебель, лист у растения
Рис. 13. Органы и системы органов у человека
Клеточный. Клетка – элементарная единица живого, она обладает всеми характерными признаками живых систем. Все живые организмы (эукариоты и прокариоты) имеют клеточное строение (рис. 14).
Рис. 14. Растительная, животная и бактериальная клетки
Молекулярно-генетический. Жизнедеятельность любого живого организма основана на функционировании его молекул. Здесь проходит граница между живым и неживым. На этом уровне начинается обмен веществами и энергией с окружающей средой и передача наследственной информации (рис. 15, 16).
Рис. 15. Модель молекулы ДНК.
Рис. 16. Хромосомы человека.
Многообразие явлений в мире живых организмов исследуются многими биологическими науками с различной направленностью и разнообразными методами. Благодаря взаимодействию наук удаётся глубже вникнуть в суть явлений живой природы. Одновременно с этим, по мере познания новых феноменов, происходящих в живых системах, происходит дальнейшая дифференциация биологии на отдельные научные направления. В настоящее время к биологическим наукам относят около 100 дисциплин, которые изучают разные уровни организации живой материи – это ботаника, зоология, антропология, микробиология, палеонтология, экология, цитология, физиология, иммунология, генетика, биохимия, биофизика, биотехнология и т.д. Несомненно, что все биологические науки опираются на законы фундаментальных наук - математики, физики, химии.
Библиография
Биология. Научно-популярная энциклопедия. Под ред. А.П. Горкина. Авт. Белякова Г.А., Богатырёва М.Ф., Кондратьева И.А. и др. 2007 / Москва: «Росмен» ISBN 987-5-353-02413-2, 560 c
Биология. Справочник школьника и студента. Под ред. З.Брема и И.Мейнке, пер. с нем., 3-е изд. 2003 / Москва:«Дрофа», ISBN 5-7107-7546-0, 400 с.
Мир живой природы. Популярная энциклопедия, пер. с англ. 1984 /Москва: «Мир», ББК 20+28 М 63, 263 с.
Biology. Campbell N.A., Reece J.B., 7th ed. 2005 / New York: “Bejamin Cummings”, PIE ISBN 0-321-27045-2, 987 pp.