Структурные уровни организации живого
Жизни, как природному явлению, присуща своя иерархия уровней организации.
Концепция структурных уровней живого включает представление об иерархической соподчиненности структурных уровней, системности и органической целостности живых организмов. В соответствии с этой концепцией структурные уровни различаются не только сложностью, но и закономерностями функционирования.
Выделят следующие уровни организации:
1. Молекулярно-генетический– уровень организации материи, на котором совершается скачок от атомно-молекулярного уровня неживой материи к макромолекулам живого. Специфическими биохимическими образованиями являются белки и нуклеиновые кислоты.
2. Белки– органические соединения, входящие в состав всех живых организмов. Белки являются биополимерными макромолекулами, так как состоят из большого числа повторяющихся и сходных по структуре низкомолекулярных соединений (мономеров). Перестановки и различные сочетания мономеров в длинных полимерных цепях обеспечивают построение множества вариантов молекул белка и придают ему разнообразные свойства. В состав белка входят 20 аминокислот-мономеров.
Характерным физическим свойством аминокислот, содержащихся в живых системах, является то, что все они способны поворачивать влево плоскость поляризации светового луча. Это, в свою очередь, означает, что свойством живой материи является ее молекулярная асимметричность, подобная асимметричности левой и правой рук. Опираясь на такую аналогию, это свойство живого назвалимолекулярной хиральностью(от греч.cheir– рука). Первоначально казалось, что фундаментальную основу жизни составляют именно белковые молекулы. Но с химической точки зрения ни сам белок, ни его составные части не представляют ничего уникального. Дальнейшие исследования, направленные на изучении механизмов воспроизводства и наследственности, позволили выявить то специфическое, что отличает на молекулярном уровне живое от неживого. Наиболее важным было выделение из ядра клетки веществ, обладающих свойствами кислот и названныхнуклеиновыми (то есть ядерными)кислотами. Один тип этих кислот получил широко используемое сокращенное названиеРНК(рибонуклеиновые кислоты), другой –ДНК(дезоксирибонуклеиновые кислоты). Удалось доказать, что ДНК обладает способностью сохранять и передавать наследственную информацию организмов. В 1953 г. была расшифрована структура ДНК. Оказалось, что молекула ДНК состоит из двух мономерных цепей, идущих в противоположных направлениях и закрученных одна вокруг другой наподобие пары электрических проводов. ДНК, находящиеся в клетке, распределены на участки –хромосомы. Мономеры нуклеиновых кислот несут информацию, по которой строятся аминокислоты и белковые молекулы организма. Участок молекулы ДНК, содержащий информацию об одном из набора белков организма, называютгеном. Гены расположены в хромосомах.
3. Клеточный– любой живой организм состоит из клеток, в простейшем случае – из единственной клетки (бактерии, амебы). Клетка является мельчайшей элементарной живой системой и является первоосновой строения, жизнедеятельности и размножения всех организмов. Клетки всех организмов сходны по строению и составу веществ. Всеми сложными многоступенчатыми процессами в клетке управляет особая структура, как правило, находящаяся в ее ядре и состоящая из длинных цепей молекул нуклеиновых кислот.Клетки обладают разнообразием форм, размеров, функций. Существуют клетки, не содержащие ядра –прокариоты. Исторически они являются предшественниками клеток с развитой структурой, то есть клеток, имеющих ядро –эукариотов.
4. Тканевый– совокупность клеток с одинаковым уровнем организации образует живую ткань. Из тканей состоят различные органы живых организмов.
5. Организменный – система совместно функционирующих органов образует организм. В отличие от предыдущих уровней на организменном уровне проявляется большое разнообразие живых систем. Организменный уровень называют такжеонтогенетическим.
6. Популяционно-видовой – образован совокупностью видов и популяций живых систем.Популяция– это совокупность организмов одного вида, обладающих единымгенофондом(совокупностью генов). Она является надорганизменной живой системой, так же, как ивид, состоящий обычно из нескольких популяций. На этом уровне реализуется биологический эволюционный процесс.
7. Биоценотический– образованбиоценозами– исторически сложившимися устойчивыми сообществами популяций, связанных друг с другом и с окружающей средой обменом веществ.
8. Биосферный – совокупность биоценозов образует биосферу Земли.
Отдельные структурные уровни живого являются объектами изучения для отдельных биологических наук. Так, молекулярный уровень изучается молекулярной биологией, генетикой; клеточный уровень служит объектом для цитологии, микробиологии; анатомия и физиология изучают жизнь на тканевом и организменном уровнях; зоология и ботаника имеют дело с организменным и популяционно-видовым уровнями; экология охватывает биоценотический и биосферный уровни.
Источник
15.2. Структурные уровни организации живой природы.
Наряду со структурными уровнями организации неживой материи, описанными в подразделе 4.1, различают структурные уровни организации в живой природе, перечисленные ниже в порядке усложнения:
1. Молекула. На этом уровне биология смыкается с науками о неживой природе.
3. Ткань. Примеры: мышечная ткань, соединительная ткань, костная ткань.
6. Популяционно-видовой уровень.
7. Биогеоценоз или экосистема.
Вопрос о более высоких уровнях организации живой природы («космическая жизнь») на настоящий момент открыт.
Основы классификации живых организмов заложил Аристотель, разделивший все живые существа на два царства: царство растений и царство животных.
Общие черты представителей обоих царств:
— структурное единство: все они состоят из клеток;
— общность ряда химических соединений;
— сходство генетического аппарата.
Растения отличаются от животных наличием у клеток твердых целлюлозных стенок, обеспечивающих жесткость формы в отсутствие скелета, возможностью неограниченного роста и, как правило, меньшей подвижностью. Но главное отличие между растениями и животными заключается в способах их питания.
Растения – автотрофы, то есть могут синтезировать все необходимые им органические вещества из неорганических веществ, потребляемых из окружающей среды. В зеленых растениях органические вещества вырабатываются с участием хлорофилла при поглощении солнечной энергии (фотосинтез). Именно с растений начинаются сложные пищевые цепи и цепи утилизации солнечной энергии в живой природе. Животные – гетеротрофы, то есть им необходимо питаться другими живыми существами или продуктами их жизнедеятельности.
По мере изучения природы накапливались исключения из аристотелевской системы. Во-первых, грибы и бактерии нельзя отнести к растениям, так как они – гетеротрофы, но и к животным их отнести невозможно. Во-вторых, клетки одних организмов имеют ядра (эукариоты), а других – не имеют (прокариоты). В-третьих, вообще вне классификации остались вирусы и фаги, не имеющие полноценной клеточной структуры, и находящиеся на стыке живой и неживой природы. Поэтому классификация расширилась и в настоящее время все живые существа разделяются на две империи, которые, в свою очередь, делятся на пять царств (см. рисунок 15.1).
Рисунок 15.1 – Империи и царства в живой природе
Первичной единицей классификации (систематики) живых организмов является вид. Главный отличительный признак особей одного вида – их генетическое единство. Вид – это совокупность живых организмов, дающих плодовитое потомство того же вида. Потомство от представителей разных видов, за редким исключением, невозможно или не способно к размножению (мул, лигр). Другие, менее существенные и не всегда явно выраженные отличительные признаки особей одного вида: сходство внешних признаков, определенная зона обитания и схожий образ жизни.
К одному виду могут относиться несколько пород (у животных), сортов (у растений), штаммов (у микроорганизмов), рас (у людей). Все человеческие расы относятся к одному виду, расовые различия не затрагивают творческих и интеллектуальных способностей людей.
Несколько видов объединяются в род, несколько родов объединяются в семейство, далее следуют отряд, класс, тип и, наконец, царство.
Современная классификация построена на наличии общих предков и отражает историю развития жизни на Земле.
Какое место занимает человек в этой систематике? Царство – животные, тип – хордовые (chordate на латыни), подтип – позвоночные (vertebrata), класс — млекопитающие (mammalia), подкласс – плацентарные (eutheria), отряд – приматы (primates), семейство – человекообразные (hominidae), род – человек (homo), вид – разумный (sapiens). Вид «человек разумный» — в настоящее время единственный представитель рода «человек». Ранее существовали и другие виды, вытесненные «человеком разумным» в ходе эволюции.
Источник
4. Уровни организации живого
1. Молекулярный– глубинный, начальный уровень. Все живые организмы состоят из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов и др. веществ, которые построеныпо единому плану(мономеры → полимеры) и близки по строению или идентичны у всех живых организмов.
Но надо помнить, что «в изолированном виде (т.е.выделенные из клеток) биомолекулы являются неживыми» (А.П.Пехов). Хотя, например, Сент-Дьёрдьи считал, что биомолекулыкачественно отличаются от прочих веществ, несут некую непознаваемую сущность(«Живые молекулы«).
2. Клеточный уровень.Клетка— элементарная единица организацииживой материи. «Cellulaexcellula», Р.Вирхов (1858). С этого уровня начинается жизнь; свободноживущих неклеточных форм жизни не существует. Вирусы – особая форма организации материи.
3. Тканевой. Ткань – совокупность сходных по строению клеток, объединенных выполнением общей функции. Ткани появились в ходе эволюции у многоклеточных организмов как следствие специализации клеток.
У животных: эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная и др.
У растений: меристематическая, защитная, основная и проводящая.
4. Органный.Органы – структурно-функциональные объединения нескольких типов тканей. Например,кожа– орган, состоящий из эпителиальной и соединительной ткани, выполняет защитную функцию. У одноклеточных вместо органов –органеллы.
5. Организменный.Организм – это особь, самостоятельное живое существо. Существуют одно- и многоклеточные организмы. На этом уровне реализуется генетическая информация, превращается в признаки.
6. Популяционный.Популяция – совокупность организмов одного и того же вида, населяющих определенную территорию (ареал). Внутри вида может существовать от одной до многих тысяч популяций.
Популяция – элементарная единица эволюции, в ней возникают измененные формы, которые дают начало новым видам.
7. Видовой.Вид – единица классификации живых существ. В настоящее время известно 0,5 млн видов растений и 1,5 млн видов животных. При этом существует 20 млн видов бактерий. В организме человека 10 13 клеток, а бактерий на 2-3 порядка больше, т.е. человек – это случайный, временный гость в мире микробов. Хозяева – они, а не мы.
8. Биогеоценотический.Биогеоценоз – совокупность организмов разных видов и факторов среды их обитания. Организмы, входящие в биогеоценоз, зависят друг от друга: одни производят питательные субстраты, другие – их потребляют, третьи разрушают.
9. Глобальный (биосферный).Биосфера – совокупность всех биогеоценозов. Высший уровень жизни, на котором происходит круговорот веществ и энергии планетарного масштаба.
Между разными уровнями живого существует единство и взаимосвязь. При переходе от более низкого к более высокому уровню сохраняются все структуры и функции, присущие более низкому уровню, и добавляются качественно новые. Элементы системы объединяются между собой не механически, они не могут существовать друг без друга. При их объединении возникаетновая сущность (так называемоеэмерджентноесвойство), и так на каждом уровне.
Таким образом, живому присуща системная организация (А.П.Пехов).
Источник