Тест ЕГЭ Биология 11 класс Получить доступ за 75 баллов Уровни организации живых систем

Биология - сложная наука, которая не только изучает организмы животных, растений, грибов на уровне отдельных субъектов, но и пытается заглянуть за эту субъектность, объединяя организмы в определенные группы, которые затем становятся единицами изучения ученых.

Также ученые стремятся рассмотреть отдельные составляющие организма, проследить взаимодействие этих составляющих друг на друга и их влияние на отдельный субъект. Изучая внутренние органы животных, исследователи пытаются понять, как один орган влияет на другой (например, как головной мозг регулирует деятельность остальных органов).

То есть биология пытается развить представление о целостности живой природы на основе анализа и синтеза, поэтому учеными были выделены уровни организации живых организмов для понимания устройства и взаимодействия всего живого и неживого.

Уровни организации жизни - это иерархически соподчиненные уровни организации биосистем, то есть низшие уровни подчинены высшим, они отражают степень усложнения различных биосистем.

Существование жизни на всех уровнях подготавливается и определяется структурой низшего уровня, то есть характер клеточного уровня организации определяется молекулярным, характер организменного - клеточным уровнем.

Например, сердце формируется благодаря особому строению и функциям мышечных клеток, которое было определено их молекулярным строением.

Деление живого на уровни весьма условно, оно просто отражает системный подход в изучении природы.

Каждый отдельный уровень изучает соответствующий отдел науки о живом: молекулярной биологии, цитологии, генетики, анатомии, физиологии, экологии и других наук.

Выделяют три большие группы уровней организации:

• суборганизменный
• организменный (или онтогенетический)
• надорганизменный

Суборганизменный уровень включает, в свою очередь, пять уровней: атомарный, молекулярный, субклеточный, клеточный, тканевый, органный.

Тканевый и органный уровни чаще всего объединяют в один - тканево-органный.

Организменный (или онтогенетический) уровень- это сам организм.

Надорганизменный уровень включает в себя три подуровня: популяционно- видовой, биогеоценотический, биосферный.

Мы с вами изучим основные уровни организации живых систем:

• молекулярный
• клеточный
• тканевый
• органный
• организменный
• популяционно-видовой
• биогеоценотический
• биосферный

1.  Молекулярный уровень организации жизни

Молекулярный уровень можно назвать первым и наименьшим, но именно он является определяющим в строении и функции последующих уровней организации, то есть это как бы основа всех дальнейших уровней.

Формируют этот уровень молекулы белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, которые сами по себе вне клеточных структур не являются живыми, но именно они создают надмолекулярные клеточные структуры, в которых проявляются отдельные, но очень важные признаки жизни.

Именно на молекулярном уровне происходят различные биохимические реакции, а реализация наследственной информации происходит благодаря молекулам ДНК и РНК. Механизмы этих процессов универсальные для всех живых организмов.

Благодаря изучению молекулярного уровня можно понять, как протекали процессы зарождения и эволюции жизни на нашей планете, каковы молекулярные основы наследственности, основы последовательных биохимических реакций в организме.

К примеру, на уроке «Метаболизм. Пластический обмен» мы разбирали такое свойство генетического кода как универсальность, согласно которому гены всех организмов одинаковым образом кодируют наследственную информацию, будь это бактерии или клетки человека - принцип будет одинаковым, и эти процессы идут именно на молекулярном уровне организации живого.

Компоненты молекулярного уровня: молекулы неорганических и органических соединений, молекулярные комплексы химических соединений (клеточная мембрана или мембраны ядра).

Основные процессы молекулярного уровня:

• объединение молекул в особые комплексы
• осуществление упорядоченных физико-химических реакций
• копирование (редупликация) ДНК, кодирование и передача генетической информации

Науки, ведущие исследования на этом уровне:

• биохимия
• биофизика
• молекулярная биология
• молекулярная генетика

2. Клеточный уровень организации жизни

Единицей этого уровня является клетка (клетки бактерий, цианобактерий, одноклеточных животных и водорослей, одноклеточных грибов (мукор, дрожжи), клеток многоклеточных организмов)).

Клетка- это структурная и функциональная единица всего живого.

Более подробную информацию о клетке вы можете узнать из урока «Клетка- основа жизни».

Именно на этом уровне прослеживаются все признаки живого (размножение, рост, обмен веществ, раздражение и другие признаки).

Клетка также является минимальной единицей живого, способной к самостоятельному существованию либо в виде одноклеточных организмов, либо в тканях многоклеточного организма.

Если говорить об организмах одноклеточных, то к таковым мы можем отнести бактерии и простейшие (амеб, эвглен, инфузорий), среди грибов к одноклеточным относятся дрожжи и мукор.

Если рассматривать многоклеточных организмов, то количество клеток в их организме может быть очень велико и эти клетки могут сильно отличаться по строению, хоть и находятся в одном организме. Например, посмотрим на нервную и мышечную клетки человека:

Вне клетки жизни нет, такие организмы, как вирусы, подтверждают это правило, потому что они могут проявлять признаки живого и реализовывать свою наследственную информацию только тогда, когда попали в живую клетку.

Компоненты клеточного уровня: комплексы молекул химических соединений и органеллы клетки.

Основные процессы клеточного уровня:

• биосинтез, фотосинтез, энергетический обмен, митоз, мейоз
• регулирование химических реакций
• деление клетки
• привлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистеме

Науки, ведущие исследования на клеточном уровне:

• цитология
• генная инженерия
• цитогенетика
• эмбриология
• микробиология

3. Тканевый уровень организации жизни

Единицей этого уровня является ткань.

Ткань- это совокупность клеток и межклеточного вещества, объединенных общностью происхождения, строения и выполняемых функций.

Ткани возникли в ходе эволюционного развития вместе с многоклеточностью организмов.

В ходе онтогенеза ткани образуются на ранних стадиях эмбрионального развития благодаря дифференциации клеток.

Дифференциация клеток- процесс, в результате которого клетка становится специализированной, то есть приобретает химические, морфологические и функциональные особенности, свойственные только для нее.

У животных различают несколько типов тканей: эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная.

У растений выделяют следующие виды тканей: образовательная, основная (фотосинтезирующая), проводящая (флоэма, ксилема), покровная, механическая.

На этом уровне происходит специализация клеток.

Более подробно вы можете узнать о тканях из наших уроков: «Ткани растений» и «Ткани животных».

Компоненты тканевого уровня - клетки и межклеточная жидкость.

Основные процессы тканевого уровня - процессы, характерные для того или иного вида тканей (гомеостаз, регенерация).

Наука, ведущая исследования на тканевом уровне:

•  гистология

4. Органный уровень организации жизни

Составляют этот уровень органы многоклеточных организмов.

Орган- это обособленная часть организма, имеющая определенную форму, строение, расположение и выполняющая конкретную функцию.

Орган чаще всего образован несколькими видами тканей, среди которых одна (две) преобладает.

Все живое на Земле существует в виде обособленных субъектов - особей, которые формируют организменный уровень.

При изучении одноклеточных организмов ученые отмечают то, что особью является каждая отдельная клетка, например, бактерия или простейшие (амеба, инфузория, эвглена), то есть это организмы, которые одновременно могут представлены и клеточным, и организменным уровнем организации.

Эвглена зеленая:

Также на этом уровне рассматривают и многоклеточные организмы: растения, животные, грибы.

Компоненты органного уровня: клетки одноклеточных; клетки и ткани, из которых образованы органы многоклеточных организмов.

Основные процессы органного уровня:

• раздражительность
• размножение
• рост и развитие
• нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности
• гомеостаз

Науки, ведущие исследования на органном уровне:

• анатомия
• биометрия
• морфология
• физиология
• гистология

1. Популяционно-видовой уровень организации жизни

Этот уровень представлен популяциями из особей одного вида.

На нем осуществляются основные эволюционные процессы, и мы можем проследить за динамикой численности живых организмов.

Вид- это группа особей, сходных по морфолого-анатомическим, физиолого-экологическим, биохимическим и генетическим признакам, занимающих естественный ареал, способных свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство.

Вид представляет собой сумму популяций.

Популяция- совокупность организмов одного вида, длительное время обитающих на одной территории (занимающих определенный ареал) и частично или полностью изолированных от особей других таких же групп.

Популяция королевских пингвинов на Фолклендских островах:

Компоненты: группы родственных особей

Основные процессы:

• генетические преобразования в результате взаимодействия различных популяций одного вида
• накопление элементарных эволюционных преобразований
• выработка приспособлений к изменяющейся среде
• видообразование: осуществление микроэволюции
• увеличение разнообразия особей

Науки, ведущих исследования на этом уровне:

• генетика популяций
• теория эволюции
• экология

2.     Биогеоценотический уровень организации жизни (экосистемный)

Этот уровень представляет собой результат взаимодействия живых организмов с окружающей средой.

Биогеоценоз - система, включающая сообщество живых организмов и совокупность факторов неживой природы (абиотических) в пределах одной территории, связанных между собой круговоротом веществ и потоком энергии (природная экосистема).

Биогеоценозы представляют собой саморегулирующиеся, исторически сложившиеся динамические сообщества, которые не являются полностью изолированными друг от друга.

Примером биогеоценоза служит биогеоценоз соснового или тропического леса, тайги, горной долины, пресного водоема, болота.

То есть в сосновом лесу могут обитать разные популяции животных и растений. При этом все они объединены общими абиотическими факторами и для жизни в этих условиях выработали особые приспособления.

Роль биогеоценотического уровня состоит в образовании устойчивых сообществ организмов разных видов, приспособленных к совместному проживанию в определенной среде обитания.

Компоненты биогеоценотического уровня: популяции различных видов, факторы среды, пищевые сети, потоки веществ и энергии.

Основные процессы биогеоценотического уровня:

• круговорот веществ и поток энергии
• саморегуляция и поддержание равновесия между живыми организмами и абиотической средой
• меж- и внутривидовое взаимодействие организмов: конкуренция и размножение
• влияние окружающей среды на организмы, влияние организмов на среду их обитания

Науки, ведущие исследования на биогеоценотическом уровне:

• биогеография
• биогеоценология
• экология

3.     Биосферный уровень организации жизни

Высший уровень организации живого на земле - биосферный. Он охватывает все явления жизни на нашей планете.

Биосфера- это живое вещество планеты (совокупность всех живых организмов планеты), включая человека и измененную им окружающую среду.

Здесь происходят все вещественно-энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.

Биосфера так же, как и биогеоценозы, представляет собой динамическую, постоянно изменяющуюся систему.

Компоненты биосферного уровня: биогеоценозы, антропогенное воздействие (воздействие человека).

Основные процессы биосферного уровня:

• активное взаимодействие живого и неживого вещества планеты
• биологический круговорот веществ и энергии(процессы биогенной миграции атомов)
• влияние человека: «антропогенные факторы»
• миграция атомов и молекул в природе

Науки, ведущие исследования на биосферном уровне:

• глобальная, космическая, социальная экология

Кажется, что просто понять и отличить живое от неживого.

Если бы вы длительно наблюдали вирус под большим увеличением, то не обнаружили бы в нем признаков жизни: он не передвигается, не питается, не размножается. Но как только вирус попадает в живую клетку, то сразу начинает проявлять признаки жизни.

Ученые выделили ряд признаков и свойств, которые помогают отличить живое от неживого.

Свойства живого:

1. Обмен веществ и энергии с окружающей средой

Обмен веществ (метаболизм)- совокупность протекающих в живых системах химических превращений, обеспечивающих их жизнедеятельность, рост, воспроизведение, развитие, самосохранение, постоянный контакт с окружающей средой, способность адаптироваться к ней и ее изменениям.

Обмен веществ является свойством живых организмов.

С точки зрения физики все живые системы открытые, то есть постоянно обмениваются с окружающей средой веществами и энергией; этот обмен является обязательным условием существования жизни.

2. Самовоспроизведение (репродукция)

Способность к размножению (воспроизведению себе подобных, самовоспроизведению) относится к одному из фундаментальных свойств живых организмов.

Размножение необходимо для того, чтобы обеспечить непрерывность существования видов, так как продолжительность жизни отдельного организма ограничена.

3. Наследственность и изменчивость

Наследственность - способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству.

Очень важным свойством является изменчивость организмов, которая помогает приспосабливаться к изменяющимся условиям существования.

Изменчивость может реализовываться у отдельных организмов в ходе их индивидуального развития или в пределах группы организмов в ряду поколений при размножении.

Самовоспроизведение организмов не полностью идентично, в ходе него возникают ошибки и вариации, которые могут служить материалом для дальнейшего отбора.

Существует определенное равновесие между наследственностью и изменчивостью.

4. Свойство раздражимости

Раздражимость - способность воспринимать внешние или внутренние раздражители (воздействия) и адекватно на них реагировать.

Благодаря способности реагировать на изменение внешних условий живые организмы способны к адаптации - приспособлению к новым условиям.

У организмов, не имеющих нервной системы, реакции на внешние воздействия называются таксисы и тропизмы.

Таксисы- движения (перемещения) одноклеточных организмов к свету (фототаксис), к химическому веществу (хемотаксис); бывают положительные и отрицательные.

Тропизмы- движения, вызванные односторонним воздействием какого-либо фактора внешней среды (света, силы земного притяжения и др.). Например, гелиотропизм- это когда листья поворачиваются к солнцу; геотропизм- рост корней к центру Земли.

Настии- движения, вызванные рассеянным влиянием какого-либо фактора (света, температуры и др.). Например, ночью цветки одуванчиков закрываются.

5. Саморегуляция (гомеостаз)

 Это способность к поддержанию постоянства определенных физических и химических параметров в живом организме, в том числе и в меняющихся условиях среды.

Например, организм человека поддерживает постоянную температуру тела и давление, концентрацию в крови глюкозы и многих других веществ.

6. Дискретность (прерывный, разделенный) и целостность (непрерывность)

Это всеобщее свойство материи, в том числе и живой.

На любом уровне организации жизнь одновременно и целостна, и дискретна, то есть состоит из отдельных частей.

Например, организм дискретен, так как состоит из органов, тканей, клеток, но и целостен, поскольку все органы и ткани тесно взаимосвязаны и не могут существовать друг без друга.

7. Рост и развитие

Рост- это просто увеличение массы клеток и их количества.

Развитие- это направленное необратимое изменение объектов природы, при котором возникает новое качественное состояние, меняется состав или структура объекта, происходит, как правило, усложнение уровня организации.

Известно два вида развития живых организмов:

1.     онтогенез- индивидуальное развитие одной особи

2.     филогенез- историческое развитие в ряду поколений

Индивидуальное развитие сопровождается ростом, то есть увеличением массы клеток и их количества от момента формирования зиготы до естественной смерти особи.

Онтогенез осуществляется в конкретных условиях среды, существенно влияющей на процесс реализации генетической информации в ходе индивидуального существования особи.

В различных областях биологии, медицины, ветеринарии и других наук широко проводятся исследования по изучению процессов нормального и патологического развития организмов, выяснению закономерностей онтогенеза.

Историческое развитие живых организмов представляет собой процесс эволюции, т.е. прогрессивного (от просто организованных форм к более сложным) развития живой материи, в ходе которого возникло все многообразие живых существ.

8. Ритмичность- периодические изменения интенсивности физиологических функций живых организмов (суточные ритмы сна и бодрствования, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых животных и так далее).

Биологический смысл- согласование, координация функций организма с состоянием внешней среды, которая на Земле также подвержена ритмическим колебаниям (вращение Земли вокруг Солнца, Луны вокруг Земли, приливы-отливы и так далее).

Таковы наиболее важные свойства живого.

Биология как наука накопила множество знаний о каждом уровне организации живой природы. Благодаря накопленным знаниям произошло разделение биологии на отдельные направления.

Биология– наука о живых существах и их взаимодействии со средой.

Наука- это сфера человеческой деятельности по получению, систематизации объективных знаний о действительности.

Объектом науки биологии является жизнь во всех ее проявлениях и формах, на разных уровнях.

Метод- это путь исследования, который использует ученый, решая какую-либо научную задачу или проблему.

Основные методы науки:

Частные методы в биологии:

Биологические науки:

Считается, что бактерии могут существовать только на клеточном уровне.

Но давайте посмотрим, так ли это?

Да, одиночные бактерии- это одиночные клетки. Но бактерии очень не любят жить по одиночке, им необходимо находится в потоке субстрата, поэтому они образуют:

• конгломераты или биопленки- множество микроорганизмов, расположенных на какой-либо поверхности, клетки которых прикреплены друг к другу
• консорциумы- совокупность или ассоциация двух или более организмов

Биопленка устойчивых к антибиотикам бактерий:

В биопленке микроорганизмы могут распределять между собой функции: какие-то бактерии размножаются, в каких-то клетках происходит фотосинтез, а кто-то вообще умирает, чтоб освободить место молодым.

В целом пространственная структура биопленки очень сложная.

Особенно характерно это для бактерии золотистого стафилококка, и такая организация биопленки очень напоминает тканевый уровень организации.

В реках и других водоемах бактерии образуют структуры, которые называют микробные маты. При их разрезе ученые увидели три слоя: автотрофы (фотосинтетические бактерии), гетеротрофы (аэробы), гетеротрофы (анаэробы). Такая структура напоминает работу целого организма, у которого есть отдельные органы, выполняющие определенные функции.

Если взять азотфиксирующих бактерий, то популяции бактерий одной местности могут существенно отличаться от таких же бактерий другой местности, поэтому здесь уместно говорить и о популяционно-видовом уровне.

Невозможно переоценить роль микроорганизмов в биосфере и на биосферном уровне. Именно они сформировали облик нашей планеты. Почва, вода, потоки микроэлементов, поддержка деятельности эукариотических клеток, минерализация- это все результат работы микроорганизмов.