Структурный уровень живой природы

7.3. Уровни организации живой природы

Уровень организации живой материи – это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерархии живого. Выделяют следующие уровни организации живой материи.

1. Молекулярный (молекулярно-генетический). Он включает в себя способ существования и самовоспроизводства сложных информационных органических молекул, высокомолекулярные органические соединения, такие как белки, вирусы, плазмиды, нуклеиновые кислоты и др.
2. Субклеточный (надмолекулярный). На этом уровне живая природа организуется в органоиды: хромосомы, клеточную мембрану, эндоплазматическую сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, рибосомы и другие субклеточные структуры.
3. Клеточный. На этом уровне живая природа представлена клетками, т.е. элементарной структурной и функциональной единицей живого.
4. Органо-тканевый. На этом уровне живая природа организуется в ткани и органы. Ткань – совокупность клеток, сходных по строению и функциям, а также связанных с ними межклеточных веществ. Орган – часть многоклеточного организма, выполняющая определенную функцию или функции.
5. Организменный (онтогенетический). На этом уровне живая природа представлена организмами. Организм (особь, индивид) – неделимая единица жизни, ее реальный носитель, характеризующийся всеми ее признаками.

1. Биоценотический. На этом уровне живая природа образует биоценозы – совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.
2. Биогеоценотический. На этом уровне живая природа формирует биогеоценозы – совокупность биоценоза и абиотических факторов среды обитания (климат, почва).
3. Биосферный. На этом уровне живая природа формирует биосферу – оболочку Земли, преобразованную деятельностью живых организмов.

7.4. Свойства живых систем

1. Клеточное строение. Все живые организмы, кроме вирусов, имеют клеточное строение.
2. Обмен веществ (метаболизм) и энергозависимость. Живые организмы являются открытыми системами, они зависят от поступления в них из внешней среды веществ и энергии. Живые существа способны использовать два вида энергии – световую и химическую, и поэтому признаку делятся на две группы: фототрофы (организмы, использующие для биосинтеза световую энергию – растения, цианобактерии) и хемотрофы (организмы, использующие для биосинтеза энергию химических реакций окисления неорганических соединений – нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии и др.). В зависимости от источников углерода живые организмы делят на автотрофы (организмы, способные создавать органические вещества из неорганических – растения, цианобактерии), гетеротрофы (организмы, использующие в качестве источника углерода органические соединения – животные, грибы и большинство бактерий) и миксотрофы (организмы, которые могут как синтезировать органические вещества из неорганических, так и питаться готовыми органическими оединениями (насекомоядные растения, представители отдела эвгленовых водорослей и др.).

1. Подготовительный этап заключается в расщеплении сложных углеводов до простых: глюкозы, жиров до жирных кислот и глицерина, белков — до аминокислот.
2. Бескислородный этап дыхания – гликолиз, в результате которо­го глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты (ПВК); в ито­ге образуется АТФ (из 1 моль глюкозы). У анаэробов или у аэробов при недостатке кислорода протекает брожение.
3. Кислородный этап – дыхание, т.е. полное окисление ПВК осуществляется в митохондриях эукариот в присутствии кислорода и включает две стадии: цепь последовательных реакций — цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) и цикл переноса электронов; в итоге образуется 36 АТФ (из 1 моль глюкозы).

1. Саморегуляция (гомеостаз). Живые организмы обладают способностью поддерживать гомеостаз – постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов.

1. Наследственность. Живые организмы способны передавать неизменными признаки и свойства из поколения в поколение с помощью носителей информации – молекул ДНК и РНК.
2. Изменчивость. Живые организмы способны приобретать новые признаки и свойства. Изменчивость создает разнообразный исходный материал для естественного отбора, т.е. отбора наиболее приспособленных особей к конкретным условиям существования в природных условиях, что в свою очередь приводит к появлению новых форм жизни и новых видов организмов.
3. Самовоспроизведение (размножение). Живые организмы способны размножаться – воспроизводить себе подобных. Благодаря размножению осуществляются смена и преемственность поколений.
4. Принято различать два основных типа размножения: бесполое и половое.
5. Индивидуальное развитие (онтогенез). Каждой особи свойствен онтогенез – индивидуальное развитие организма от зарождения до конца жизни (смерти или нового деления). Развитие сопровождается ростом.
6. Эволюционное развитие (филогенез). Живой материи в целом свойствен филогенез – историческое развитие жизни на Земле с момента ее появления до настоящего времени.
7. Адаптации. Живые организмы способны адаптироваться, т.е. приспосабливаться к условиям окружающей среды.
8. Ритмичность. Живые организмы проявляют ритмичность жизнедеятельности (суточную, сезонную и др.).
9. Целостность и дискретность. С одной стороны, вся живая материя целостна, определенным образом организована и подчиняется общим законам; с другой — любая биологическая система состоит из обособленных, хотя и взаимосвязанных элементов. Любой организм или иная биологическая система (вид, биоценоз и др.) состоит из отдельных изолированных, т.е. обособленных или отграниченных в пространстве, но тесно связанных и взаимодействующих между собой, частей, образующих структурно-функциональное единство.
10. Иерархичность. Начиная с биополимеров (белков и нуклеиновых кислот) и заканчивая биосферой в целом, все живое находится в определенной соподчиненности. Функционирование биологических систем на менее сложном уровне делает возможным существование более сложного уровня.
11. Негэнтропия. Согласно второму закону термодинамики, все процессы, самопроизвольно протекающие в изолированных системах, развиваются в направлении понижения упорядоченности, т.е. возрастания энтропии. В то же время по мере роста и развития живые организмы, наоборот, усложняются, что, что не противоречит второму закону термодинамики, поскольку живые организмы представляют собой открытые системы. Организмы питаются, поглощая при этом энергию извне, выделяют в окружающую среду тепло и продукты жизнедеятельности, наконец, погибают и разлагаются. По образному выражению Э. Шредингера, «организм питается отрицательной энтропией». Совершенствуясь и усложняясь, организмы вносят хаос в окружающий их мир.

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