Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


Уровни организации живых систем




Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

 

 

Среди живых систем можно увидеть широчайший разброс в структуре их организации. Некоторые такие системы являются очень простыми, как, например, вирусы, состоящие только из оболочки, в которую заключена нуклеиновая кислота (именно поэтому вирусы проявляют свойства живого только попадая в какой-либо живой организм; вне такого организма колонии вирусов ведут себя подобно неживым химическим системам, вплоть до образования кристаллов). Другие системы, напротив, обладают очень сложной и высокоорганизованной структурой. Все живые системы могут быть разделены на несколько уровней, причем эти уровни могут включать в себя как отдельный организм или его части, так и множество организмов.

Первым уровнем организации живых систем является субклеточно-клеточный. Первые биологи занимались изучением целых организмов растений и животных, т.к. долгое время представлялось, что именно организм является структурной единицей живого. Однако изобретение микроскопа позволило открыть мельчайшие частицы, из которых состоят все живые системы (за исключением вирусов). Это открытие подготовило почву для появления в 1838 г. клеточной теории, авторами которой являются немецкие биологи Шлейден и Шванн. Согласно этой теории, клетка представляет собой основную единицу структуры и функций живого.



Изобретение в 1938 г. электронного микроскопа привело к открытию еще более глубокого уровня, который был назван субклеточным. Оказалось, что живая клетка сама представляет собой сложную структуру, в состав которой входят множество подсистем. К тому же при помощи электронного микроскопа удалось получить данные о строении биологических молекул — белков и нуклеиновых кислот, поэтому оказалось возможным выделить молекулярный уровеньорганизации живых систем. Однако и молекулы, и субклеточные структуры только тогда являются действительно живой системой, когда они определенным образом объединены. Такой объединяющей системой и является живая клетка.

Впервые клетки описал Р. Гук (17 век), рассматривая под весьма несовершенным микроскопом срез пробкового дерева. То, что он при этом увидел, было на самом деле лишь стенками умерших клеток. В 1824 г. Дютроше утверждал, что «ткани всех организмов состоят, по существу, из чрезвычайно мелких шаровидных клеток, связанных между собой, по-видимому, только обычными силами адгезии; все ткани и органы животных представляют собой клеточную ткань, различным образом видоизмененную». Еще до этого, в 1809 г. Ламарк писал: «Тело является живым лишь в том случае, если его составные части построены из клеток». В 1931 г. знаменитый физик и физиолог Р. Броун описал первую внутриклеточную структуру — ядро. Таким образом, к 1838 г. — моменту создания теории Шлейдена и Шванна — многие ее положения уже существовали и были доказаны экспериментально.

У разных живых организмов и в различных органах одного и того же организма клетки поразительно разнообразны по своему строению и функциям. Однако все они имеют ряд общих характеристик: каждая клетка окружена плазматической мембраной и содержит внутри себя разнообразные структуры, называемые органеллами. К ним относятся митохондрии, ядро, лизосомы и некоторые другие.

Основной функцией всех клеток, независимо от их специализации, является осуществление биохимических процессов, обеспечивающих поддержание ее внутренней структуры, рост и размножение. Комплекс этих процессов называется обменом веществ, или метаболизмом. Биохимические реакции обмена веществ принято разделять на анаболические и катаболические. При анаболических реакциях простые вещества соединяются между собой, образуя более сложные молекулы, при катаболических происходит расщепление сложных молекул. Процессы того и другого типа происходят параллельно и взаимосвязано.

Таким образом, несмотря на выделение молекулярного и субклеточного уровней, только живая клетка обладает всеми характеристиками, позволяющими отнести систему к живой материи. Именно поэтому, несмотря на отличие биологических молекул и внутриклеточных органелл от неживой природы, начальным уровнем организации живых систем является именно клеточный. Можно сказать, что без биомолекул и внутриклеточных структур не может быть жизни, но сами по себе они еще не являются жизнью, необходимо, чтобы все эти структуры были объединены в единую систему, и именно живая клетка и является такой системой.

Клетки различаются по своей структуре и функциям, поэтому выделяют два промежуточных уровня их организации: уровень биологических тканей и уровень органов.

Биологической тканью называется совокупность морфологически идентичных клеток. Морфология — наука о структуре живых организмов. Морфологически идентичные клетки, следовательно, это клетки, имеющие одинаковую структуру. В высокоорганизованных живых системах, какими являются многоклеточные организмы, существуют самые разнообразные виды клеток. Объединение таких видов и дает биологическую ткань. Мы можем говорить о мышечной, нервной, эпителиальной (покровной) и других видах тканей, имея в виду, что все они состоят из клеток, чья структура и форма свойственны только данному виду ткани.

Органом называется совокупность функционально идентичных клеток. Орган является более сложным образованием, нежели ткань. Он может состоять как из клеток одного вида, так и разных видов. Например, в таком органе, как сердце, присутствуют клетки мышечной, сосудистой, нервной и других тканей. Орган предназначен для выполнения определенной функции в организме, поэтому его строение зависит прежде всего от задач, стоящих перед ним.

Ткани и органы представляют собой факультативные уровни организации живых систем, поскольку они присутствуют не в каждой такой системе. Например, в одноклеточных организмах их выделить невозможно. Именно поэтому чаще всего говорят, что вслед за клеточным уровнем можно выделить организменный уровень организации.

Организмом называют живую систему, объединенную общим метаболизмом и единым органом управления. В случае с одноклеточными организмами (бактерии, простейшие и т.д.) общий метаболизм не вызывает сомнений, т.к. он протекает всего в одной клетке, но органы управления как таковые у одноклеточных отсутствуют. Тем не менее, даже такие живые системы обнаруживают процессы взаимодействия с окружающей средой по принципу «стимул — реакция», что свидетельствует о наличии определенных систем управления поведением. Можно сказать, что эти системы распределены по всей клетке одноклеточного организма, или, более точно, что сама эта клетка и выполняет, в числе прочих функций, функцию самоуправления.

В многоклеточных организмах, напротив, можно выделить (хотя и не всегда) единый управляющий центр, например, нервная система у животных, однако единый метаболизм представить достаточно сложно. В данном случае следует четко осознавать, что речь идет не о тождественности биохимических процессов во всех клетках живой системы одновременно, а о специфических реакциях каждой клетки, протекающих на благо всей системы в целом.

И одноклеточные, и многоклеточные организмы являются открытыми системами, т.е. они активно взаимодействуют с окружающей средой.

Клеточный и организменный уровни представляют единичные системы, которые являются четко обособленными друг от друга. Существует ряд уровней, на которых объединяются различные организмы, поэтому такие уровни называются надорганизменными уровнями организации живых систем. К таким уровням относятся вид, популяция, биоценоз, биогеоценоз, биосфера, ноосфера.

Видом называется совокупность особей, производящих на свет потомство, способное к дальнейшему воспроизводству. На Земле существует огромное количество видов живых организмов. В настоящее время насчитывается 1,2 млн. видов животных и 0,5 млн. видов растений. Есть виды, очень схожие между собой, в таких случаях возможно межвидовое скрещивание (уже упоминавшиеся лошади и ослы), однако потомство от такого скрещивания не способно к размножению, особи, получающиеся в результате межвидового скрещивания, являются стерильными. Каждому виду соответствует уникальный набор генетической информации, называемый генофондом. Гены каждого вида отвечают за деятельность клеток, синтезирующих специфические белки; ими определяется внешний вид и морфология особей данного вида.

Популяция — совокупность особей одного вида, объединенных общим ареалом. Ареалом называется территория проживания данных особей. Популяции, чей ареал является ограниченным и не пересекается с другими ареалами данного вида, называются демами или генетическими популяциями.Территориальные границы популяций могут быть расплывчатыми, а число особей, входящих в ее состав, может сильно колебаться во времени. Популяция является основной эволюционной единицей.

Биоценоз — совокупность особей различных видов, объединенных общим ареалом. Биоценозы представляют собой минимальные сообщества живых организмов, которые могут существовать достаточно продолжительное время. Ни один вид живых существ не смог бы выжить без других видов. Этому препятствуют два основных фактора — проблема питания и проблема отходов жизнедеятельности. По типу питания все организмы делятся на автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы — организмы, способные к синтезу органических веществ из неорганических. Автотрофами являются все растения, некоторые простейшие и т.д. Такие организмы синтезируют необходимые для них сложные органические соединения из неорганических, используя для этого энергию солнечного света. Проблема питания, таким образом, для автотрофных организмов заключается лишь в наличии необходимого количества неорганических веществ и солнечной энергии. Однако даже такие системы не смогут существовать обособленно, поскольку ни один вид не может существовать в окружающей среде, загрязненной отходами его жизнедеятельности. Для утилизации этих отходов необходимы другие виды. Например, лиственные деревья не смогли бы развиваться, если бы не существовало бактерий, разлагающих органические останки до такого уровня, что дерево способно использовать в качестве питательных веществ.

Гетеротрофы — организмы, получающие необходимые органические соединения с пищей. Гетеротрофные организмы тем более не могут существовать обособленно, поскольку для их развития необходимы другие виды — поставщики пищи.

Биоценоз как комплекс особей различных видов как раз и способен предоставить условия для их жизни. В устойчивых биоценозах складывается определенное равновесие, в результате чего каждый вид занимает свою собственную нишу обитания и выполняет определенные функции для сохранения этого равновесия.

Биогеоценоз — это биоклиматическая система. В процессе жизни различных видов организмов, объединенных в биоценоз, невозможно не учитывать факторы воздействия на них неживой природы. Температура, влажность воздуха, содержание кислорода в воздухе, высота над уровнем моря, продолжительность светового дня и огромное количество других характеристик влияют на функционирование этой системы. Понятие биогеоценоза представляет собой выражение системного подхода к исследованию живых организмов, оно выражает всю совокупность факторов — как живых, так и неживых систем, — влияющих на процесс жизни. Наиболее крупные и устойчивые биогеоценозы называются биомами. Примерами биомов являются тундра, тайга, океан и др.

Под биосферой подразумевают биологическую оболочку Земли, в нее входят все живые организмы, населяющие нашу планету вместе со средой их обитания. Термин «биосфера» в научный обиход ввел австрийский геолог Э. Зюсс. Биосфера представляет собой сложную динамическую систему, состоящую из двух крупных подсистем — живых организмов и среды их обитания. Элементарной ячейкой биосферы является биогеоценоз. Биосфера показывает, каким образом происходит влияние на живые системы факторов неживой природы, но она же показывает, как происходит и обратное воздействие. Живые системы представляют собой уникальные элементы в макромире, которые видоизменяют его благодаря своим особенностям.

Ноосфера представляет собой систему, состоящую из биосферы и человека как активного участника процессов изменения окружающей среды.Понятие ноосферы было введено в первой трети ХХ века, эта категория активно разрабатывалась такими учеными как Тейяр де Шарден, В.И. Вернадский, А.Л. Чижевский и другими. Эра ноосферы наступает тогда, когда человеческая деятельность достигает таких размеров, что становится сравнимой с планетарными явлениями. К таким явлениям относят ураганы, землетрясения извержения вулканов и т.п. Греческое слово «ноос» переводится как «разум», поэтому ноосферу можно определить как планетарную систему, активным действующим началом которой является человеческий разум. Так, до промышленной революции основным фактором, определяющим состав атмосферы, была жизнедеятельность растений. Только от них зависело процентное содержание в воздухе кислорода и углекислого газа. В ходе развития человеческой деятельности она стала производить все большее влияние на этот процесс, в результате чего в настоящее время состав атмосферных газов значительно изменился, что привело к значительным изменениям климата планеты (см. раздел «Макромир»). Разум человека и его деятельность стали новой геологической силой, которая формирует условия жизни человека как биологического вида. Человек — единственный вид на Земле, способный целенаправленно изменять природные условия. К сожалению, в процессе такого изменения в погоне за сиюминутной выгодой часто упускаются из вида отдаленные последствия для экосистемы Земли. Эволюция биосферы происходит под воздействием человека, он становится полноправным ее участником. Наряду с естественным отбором, человек привносит в эволюцию искусственный отбор, создает новые виды животных, с учетом своих интересов направляет биологические и геологические процессы. Все это свидетельствует о необходимости рассматривать систему нашей планеты с обязательным учетом фактора воздействия человека.

 

 




Читайте также:
Как построить свою речь (словесное оформление): При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою...
Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе...
Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (886)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.012 сек.)
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7