Єдність різноманіття. Біологічні системи

Як можна визначити поняття «життя»? Що таке ієрархічні рівні організації живої матерії? Скільки рівнів організації живого і які критерії їх виділення? Чому необхідно усвідомлювати ієрархічність і системну організацію природи?

Урок-лекція

ЩО ТАКЕ БІОЛОГІЧНІ СИСТЕМИ. Спробуємо виділити основні ознаки, які притаманні всьому живому.

Будь-який живий організм влаштований дуже складно. Його складають певним чином впорядковані і взаємодіють один з одним і з навколишнім середовищем компоненти, кожен з яких виконує властиві йому функції. Це і окремі органи в організмі багатоклітинних тварин, і органели в клітці, і навіть молекули в складі клітинних структур.

Такий пристрій дозволяє зробити висновок, що живий організм є особливим чином організовану систему – біологічну. Дана система, побудована на основі білків і нуклеїнових кислот, є відкритою, оскільки живі організми обмінюються речовиною, енергією та інформацією з зовнішнім середовищем. Вони витягують з навколишнього середовища енергію (у вигляді поживних речовин, сонячної радіації) і необхідні їм речовини, перетворюють їх і використовують для підтримки свого існування, включаючи зростання, розвиток і розмноження; потім повертають назад в навколишнє середовище продукти розпаду і перероблену енергію у вигляді тепла, м’язового скорочення, нервових імпульсів і т. д.

Живі організми здатні регулювати свої відносини з навколишнім середовищем. Це виражається в явищі гомеостазу, т. Е. В здатності організмів протистояти коливанням параметрів зовнішнього середовища (температура, вологість і т. П.) І підтримувати в певних межах сталість свого складу і властивостей.

Життя можна визначити як особливу форму організації відкритих систем, побудованих на основі білків і нуклеїнових кислот і володіють здатністю до самоорганізації, самовідтворення і еволюції.

Живі організми сприймають інформацію, що надходить з навколишнього середовища, – тепло і холод, світло і тінь, запах, шум, механічний вплив і багато іншого. Сигнали ці обробляються, сортуються, а потім слід відповідна реакція у. Чим складніше влаштований організм, тим різноманітніше і інформація, яку він здатний уловлювати із зовнішнього середовища, тим досконаліше способи її аналізу і характер реагування.

Найважливішою властивістю біологічних систем варто вважати здатність зберігати і передавати інформацію про свою структуру та функції в ряду поколінь. Забезпечується це універсальним для всіх живих систем механізмом, основою якого служать молекули ДНК. Завдяки здатності молекули ДНК до Самоудвоение (реплікації) ця інформація передається від батьків до нащадків, т. Е. Забезпечується спадковість. У живих істот, будь то амеба або людина, схожість батьків і нащадків ніколи не буває повним. У цьому виявляється мінливість, механізми формування якої теж загальні для всього живого. Більше того, ця мінливість може успадковуватися, іншими словами, нові ознаки, з’явившись у якогось організму вперше, можуть передаватися його нащадкам. А де є спадкова мінливість, там є поле діяльності для природного відбору, а отже, можлива і еволюція. У ході еволюції виникають форми життя, все більш і більш пристосовані до тих чи інших умов існування. Саме завдяки здатності до еволюції і виникло величезне різноманіття видів живих організмів на нашій планеті.

РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ. Біологічним системам властива ієрархічність організації. Це означає, що в структурі живих систем можна виділити різні рівні, причому кожний наступний рівень включає в себе всі попередні. Мова при цьому йде не про простому додаванні структурних елементів, вони підпорядковані і завдяки взаємодії один з одним утворюють якісно нову структуру – новий рівень організації. Важливо пам’ятати, що на кожному рівні організації система набуває якісно нові властивості, які відсутні на нижележащих рівнях.

В організації живих систем відомий вітчизняний вчений-генетик Тимофєєв-Ресовський Микола Володимирович виділив чотири основних ієрархічних рівня: молекулярно-генетичний, онтогенетичний, популяційно-видовий і екосистемний (рис. 31).

Молекулярно-генетичний рівень – це рівень біополімерів, складних макромолекул, які притаманні тільки живим організмам. У першу чергу мова йде про білках і нуклеїнових кислотах, з появи яких багато мільйонів років тому і почався процес еволюції життя на Землі. На рівні молекул протікають такі найважливіші процеси життєдіяльності організмів, як обмін речовин і передача спадкової інформації, яка закодована в структурі молекул ДНК або РНК.

Часто використовують дуже дробову класифікацію і розрізняють наступні рівні: молекулярний, клітинних органоїдів, клітинний, тканинний, организ-менний і т. Д. – Аж до біосферного. Настільки детальне підрозділ більшою мірою відображає рівні, на яких проводиться вивчення живих об’єктів (наприклад, гістологи вивчають тканинний рівень, цитологи – клітинний і т. Д.).

Сучасні технології дозволяють вченим проводити свої дослідження саме на молекулярному рівні. Сформувалася нова галузь біології – молекулярна біологія і її практична складова – молекулярна біотехнологія. З розвитком останньої пов’язано отримання нових лікарських препаратів і вакцин, продуктів харчування, розробка методів лікування онкологічних та спадкових захворювань і багато іншого.

Наступний рівень організації живого – онтогенетичний. Одиницею життя на цьому рівні служить особина (індивід), яка може складатися з однієї клітини або багатьох клітин. Кожної особини притаманний онтогенез, під яким мається на увазі вся сукупність її перетворень з моменту появи на світ при заплідненні яйцеклітини (при статевому розмноженні) або діленні материнського організму (при безстатевому розмноженні) і до кінця її життя. Цей рівень організації перший в системі ієрархії, для якого характерна самодостатність. Дійсно, тільки організм (але ніяк не молекули) має здатність до відносно автономного існування у зовнішньому середовищі. Всі живі організми мають клітинну будову.

Неклеточной формою життя прийнято вважати віруси. Їх поява стала можливою після формування клітин. Віруси тільки потенційно здатні відтворювати себе. Для реалізації цієї потенції вони повинні використовувати клітку іншого організму. Поза клітиною віруси розмножуватися не можуть.

До одноклітинним організмам ставляться багато найпростіші – амеби, інфузорії. жгутіконосци та ін.

Серед багатоклітинних організмів розрізняють колоніальні, що складаються з групи клітин, які залишилися пов’язаними один з одним після ділення (наприклад, колонія зеленої водорості вольвокс), і тканинні. У складі тканини все клітини спеціалізовані і володіють подібною структурою і функцією. До тканинним організмам відносять вищі рослини і тварин. Тканини різних типів у них формують окремі органи, пов’язані в системи органів. з яких вже складається організм.

Починаючи з популяційно-видового рівня ми розглядаємо вже не окремі організми, а групи організмів. Ключову роль на популяційно-видовому рівні грає популяція – сукупність особин (організмів) одного виду, які населяють певну територію і взаємодіють один з одним.

Всередині популяції діють механізми, які контролюють її чисельність, просторовий розподіл, взаємини з популяціями інших видів. Серед входять в популяцію особин здійснюється інтенсивний обмін генами в процесі статевого розмноження. У силу цього виникають генетичні зміни можуть швидко поширюватися всередині популяції і її генофонд (сукупність генів однієї групи особин) стає відмінним від генофонду іншої популяції даного виду. Накопичення генетичних відмінностей між популяціями служить однією з передумов процесу видоутворення.

Наступний, більш високий ієрархічний рівень – це рівень екосистем сукупності популяцій різних видів у взаємозв’язку із середовищем проживання, де проходить потік енергії і здійснюється круговорот речовин. Основою для будь-якої екосистеми служать рослини і (або) бактерії, єдині з живих істот, які здатні створювати первинне органічна речовина в результаті процесів фотосинтезу або хемосинтезу. Розмір екосистем різний, і чітких меж між ними немає.

Нарешті, найбільша екосистема на нашій планеті – це біосфера, яка включає в себе всі живі істоти планети і середовища їх проживання: літосферу, гідросферу, атмосферу і педосферу (ґрунтовий шар Землі).

Екосистемою може бути і невелика калюжа, і дерево, що впало в лісі разом з населяють його популяціями мікроорганізмів, грибів, комах та ін. Можна говорити про екосистеми, відповідних географічних зонах суші і Світового океану, – екосистеми тундри, лісів, степів, пустель і т. п.

В організації живого можна виділити чотири фундаментальних ієрархічних рівня, на кожному з яких живі системи представлені елементарними одиницями. На молекулярно-генетичному це біополімери (нуклеїнові кислоти і білки), на онтогенетичної – особини (одноклітинні і багатоклітинні), на популяційно-видовому – групи особин (популяції і види), а на еко-системному – групи популяцій різних видів організмів та середовища їх проживання.

У чому полягає сутність принципу ієрархії рівнів організації біологічних систем?
Яке значення для біологічних систем має явище гомеостазу?
Чому до найважливіших ознаками живих систем відносять здатність до відтворення та еволюції?

Посилання на основну публікацію