Niveluri de organizare a lumii organice - stări discrete sisteme biologice, caracterizată prin subordonare, interconexiune și modele specifice.

Nivelurile structurale ale organizării vieții sunt extrem de diverse, dar principalele sunt moleculare, celulare, ontogenetice, populație-specie, bigiocenotice și biosfere.

1. Nivelul genetic molecular al vieții. Cele mai importante sarcini ale biologiei în această etapă sunt studiul mecanismelor de transmitere a informațiilor genetice, ereditatea și variabilitatea.

Există mai multe mecanisme de variabilitate la nivel molecular. Cel mai important dintre ele este mecanismul mutației genelor - transformarea directă a genelor în sine sub influența factorilor externi. Factorii care provoacă mutația sunt: ​​radiațiile, compușii chimici toxici, virușii.

Un alt mecanism de variabilitate este recombinarea genelor. Acest proces are loc în timpul reproducerii sexuale în organismele superioare. În acest caz, nu există nicio modificare a cantității totale de informații genetice.

Un alt mecanism de variabilitate a fost descoperit abia în anii 1950. Aceasta este o recombinare non-clasică a genelor, în care există o creștere generală a volumului de informații genetice datorită includerii de noi elemente genetice în genomul celulei. Cel mai adesea, aceste elemente sunt introduse în celulă de către viruși.

2. Nivelul celular. Astăzi, știința a stabilit în mod fiabil că cea mai mică unitate independentă de structură, funcționare și dezvoltare a unui organism viu este celula, care este un sistem biologic elementar capabil de auto-reînnoire, auto-reproducere și dezvoltare. Citologia este o știință care studiază o celulă vie, structura ei, funcționând ca un sistem viu elementar, studiază funcțiile componentelor celulare individuale, procesul de reproducere a celulelor, adaptarea la condițiile de mediu etc. Citologia studiază, de asemenea, caracteristicile celulelor specializate, formarea funcţiilor lor speciale şi dezvoltarea structurilor celulare specifice . Astfel, citologia modernă a fost numită fiziologie celulară.

Progrese semnificative în studiul celulelor au avut loc la începutul secolului al XIX-lea, odată cu descoperirea și descrierea nucleului celular. Pe baza acestor studii a fost creată teoria celulară, care a devenit cel mai mare eveniment din biologie al secolului al XIX-lea. Această teorie a servit drept fundament pentru dezvoltarea embriologiei, fiziologiei și a teoriei evoluției.

Cea mai importantă parte a tuturor celulelor este nucleul, care stochează și reproduce informații genetice și reglează procesele metabolice din celulă.

Toate celulele sunt împărțite în două grupe:

Procariotele sunt celule fără nucleu

Eucariote - celule care conțin nuclee

Studiind o celulă vie, oamenii de știință au atras atenția asupra existenței a două tipuri principale de nutriție, ceea ce a făcut posibilă împărțirea tuturor organismelor în două tipuri:

Autotrof – produce singuri nutrienții de care au nevoie

· Heterotrof – nu se poate lipsi de alimente organice.

Ulterior, au fost clarificați factori atât de importanți precum capacitatea organismelor de a sintetiza substanțele necesare (vitamine, hormoni), de a se asigura energie, dependența de mediul ecologic etc.. Astfel, natura complexă și diferențiată a conexiunilor indică necesitatea o abordare sistematică a studiului vieţii la nivel ontogenetic .

3. Nivel ontogenetic. Organisme pluricelulare. Acest nivel a apărut ca urmare a formării organismelor vii. Unitatea de bază a vieții este individul, iar fenomenul elementar este ontogeneza. Fiziologia studiază funcționarea și dezvoltarea organismelor vii multicelulare. Această știință examinează mecanismele de acțiune ale diferitelor funcții ale unui organism viu, relația lor între ele, reglarea și adaptarea la mediul extern, originea și formarea în procesul de evoluție și dezvoltarea individuală indivizii. În esență, acesta este procesul ontogenezei - dezvoltarea organismului de la naștere până la moarte. În același timp, apar creșterea, mișcarea structurilor individuale, diferențierea și complicația organismului.

Toate organismele multicelulare sunt compuse din organe și țesuturi. Țesuturile sunt un grup de celule unite fizic și substanțe intercelulare de efectuat anumite funcții. Studiul lor este subiectul histologiei.

Organele sunt unități funcționale relativ mari care unesc diferite țesuturi în anumite complexe fiziologice. La rândul lor, organele fac parte din unități mai mari - sistemele corpului. Printre acestea se numără sistemul nervos, digestiv, cardiovascular, respirator și alte sisteme. Doar animalele au organe interne.

4. Populatie-nivel biocenotic. Acesta este un nivel supraorganism al vieții, a cărui unitate de bază este populația. Spre deosebire de o populație, o specie este o colecție de indivizi care sunt similare ca structură și proprietăți fiziologice, au o origine comună și se pot încrucișa liber și pot produce descendenți fertili. O specie există doar prin populații reprezentând genetic sisteme deschise. Biologia populației este studiul populațiilor.

Termenul „populație” a fost introdus de unul dintre fondatorii geneticii, V. Johansen, care a dat acest nume unei colecții eterogene de organisme genetic. Mai târziu, populația a început să fie considerată un sistem integral, cu care interacționează continuu mediu inconjurator. Populațiile sunt sistemele reale prin care există specii de organisme vii.

Populațiile sunt sisteme deschise genetic, deoarece izolarea populațiilor nu este absolută și periodic nu este posibil schimbul de informații genetice. Populațiile sunt cele care acționează ca unități elementare de evoluție; modificările în grupul lor de gene duc la apariția de noi specii.

Populațiile capabile de existență și transformare independentă sunt unite în agregatul următorului nivel de supraorganism - biocenoze. Biocenoza este un ansamblu de populații care trăiesc într-un anumit teritoriu.

O biocenoză este un sistem închis populațiilor străine; pentru populațiile sale constitutive este un sistem deschis.

5. Nivel biogeocetonic. Biogeocenoza este un sistem stabil care poate exista o perioadă lungă de timp. Echilibrul într-un sistem viu este dinamic, adică. reprezinta o miscare constanta in jurul unui anumit punct de stabilitate. Pentru funcționarea sa stabilă, este necesar să existe conexiuni de feedback între subsistemele sale de control și execuție. Această metodă de menținere a unui echilibru dinamic între diferitele elemente ale biogeocenozei, cauzată de reproducerea în masă a unor specii și de reducerea sau dispariția altora, ducând la modificarea calității mediului, se numește dezastru ecologic.

Biogeocenoza este un sistem integral de autoreglare în care se disting mai multe tipuri de subsisteme. Sistemele primare sunt producători care prelucrează direct materia nevii; consumatori - un nivel secundar la care materia și energia sunt obținute prin utilizarea producătorilor; apoi vin consumatorii de ordinul doi. Există, de asemenea, scavengers și descompuners.

Ciclul substanțelor trece prin aceste niveluri în biogeocenoză: viața participă la utilizarea, prelucrarea și restaurarea diferitelor structuri. În biogeocenoză există un flux de energie unidirecțional. Acest lucru îl face un sistem deschis, conectat continuu cu biogeocenozele învecinate.

Autoreglementarea biogeocenilor are mai mult succes cu cât numărul elementelor sale constitutive este mai divers. Stabilitatea biogeocenozelor depinde și de diversitatea componentelor sale. Pierderea uneia sau mai multor componente poate duce la un dezechilibru ireversibil și la moartea acestuia ca sistem integral.

6. Nivelul biosferei. Acesta este cel mai înalt nivel de organizare a vieții, acoperind toate fenomenele vieții de pe planeta noastră. Biosfera este materia vie a planetei și mediul transformat de aceasta. Metabolismul biologic este un factor care unește toate celelalte niveluri de organizare a vieții într-o singură biosferă. La acest nivel are loc circulația substanțelor și transformarea energiei, asociate cu activitatea vitală a tuturor organismelor vii care trăiesc pe Pământ. Astfel, biosfera este un singur sistem ecologic. Studierea funcționării acestui sistem, a structurii și a funcțiilor sale - cea mai importantă sarcină biologie la acest nivel al vieţii. Ecologia, biocenologia și biogeochimia studiază aceste probleme.

Dezvoltarea doctrinei biosferei este indisolubil legată de numele remarcabilului om de știință rus V.I. Vernadsky. El a fost cel care a reușit să demonstreze legătura dintre lumea organică a planetei noastre, acționând ca un întreg indivizibil, cu procese geologice pe pământ. Vernadsky a descoperit și studiat funcțiile biogeochimice ale materiei vii.

Datorită migrării biogenice a atomilor, materia vie își îndeplinește funcțiile geochimice. Știința modernă identifică cinci funcții geochimice îndeplinite de materia vie.

1. Funcția de concentrare se exprimă în acumularea anumitor elemente chimiceîn interiorul organismelor vii datorită activităţilor lor. Rezultatul a fost apariția rezervelor minerale.

2. Funcția de transport este strâns legată de prima funcție, deoarece organismele vii transportă elementele chimice de care au nevoie, care apoi se acumulează în habitatele lor.

3. Funcția energetică asigură fluxuri de energie care pătrund în biosferă, ceea ce face posibilă îndeplinirea tuturor funcțiilor biogeochimice ale materiei vii.

4. Funcția distructivă - funcția de distrugere și prelucrare a resturilor organice, în timpul acestui proces, substanțele acumulate de organisme revin la ciclurile naturale, are loc circulația substanțelor în natură.

5. Funcția de formare a mediului - transformarea mediului sub influența materiei vii. Întregul aspect modern al Pământului - compoziția atmosferei, hidrosferei, stratul superior al litosferei; majoritatea mineralelor; clima este rezultatul acțiunii Vieții.

Toate Natura vie este o colecție de sisteme biologice de diferite niveluri de organizare și diferite subordonări.
Nivelul de organizare al materiei vii este înțeles ca locul funcțional pe care o structură biologică dată îl ocupă în sistemul general de organizare al naturii.

Nivelul de organizare al materiei vii este un ansamblu de parametri cantitativi și calitativi ai unui anumit sistem biologic (celulă, organism, populație etc.), care determină condițiile și limitele existenței acestuia.

Există mai multe niveluri de organizare a sistemelor vii, care reflectă subordonarea și ierarhia organizării structurale a vieții.

• Nivel molecular (genetic molecular). reprezentată de biopolimeri individuali (ADN, ARN, proteine, lipide, carbohidrați și alți compuși); La acest nivel al vieții sunt studiate fenomene legate de modificări (mutații) și reproducerea materialului genetic și metabolismului. Asta face știința - biologie moleculară.
• Celularnivel- nivelul la care există viața sub formă de celulă - unitatea structurală și funcțională a vieții, este studiată prin citologie. La acest nivel sunt studiate procese precum metabolismul și energia, schimbul de informații, reproducerea, fotosinteza, transmiterea impulsului nervos și multe altele.

Celula este unitatea structurală a tuturor viețuitoarelor.

• Nivelul țesuturilor studiază histologia.

Țesutul este o colecție de substanțe intercelulare și celule similare ca structură, origine și funcții.

• Organnivel. Organul include mai multe țesuturi.
• Organicnivel- existența independentă a unui individ - un organism unicelular sau multicelular este studiat, de exemplu, fiziologia și autecologia (ecologia indivizilor). Un individ ca organism integral reprezintă o unitate elementară a vieții. Viața în natură nu există sub nicio altă formă.

Un organism este un adevărat purtător de viață, caracterizat prin toate proprietățile sale.

• Populație-specienivel- nivel, care este reprezentat de un grup de indivizi din aceeași specie - o populație; În populație apar procesele evolutive elementare (acumularea, manifestarea și selecția mutațiilor). Acest nivel de organizare este studiat de științe precum deecologia (sau ecologia populației) și știința evoluționistă.

O populație este o colecție de indivizi din aceeași specie care există de mult timp pe un anumit teritoriu, se încrucișează liber și sunt relativ izolați de alți indivizi din aceeași specie.

• Biogeocenoticnivel- reprezentate de comunități (ecosisteme) formate din diferite populații și habitatele acestora. Acest nivel de organizare este studiat de biocenologie sau sinecologie (ecologia comunităților).

Biogeocenoza este o colecție de toate speciile cu o complexitate diferită de organizare și toți factorii habitatului lor.

• Biosferănivel- un nivel reprezentând totalitatea tuturor biogeocenozelor. În biosferă există o circulație a substanțelor și transformarea energiei cu participarea organismelor.

Proprietățile de bază ale organismelor vii.Întrebări despre originea vieții, tipare dezvoltare istoricaîn diverse ere geologice au interesat întotdeauna omenirea. Conceptul de viață acoperă totalitatea tuturor organismelor vii de pe Pământ și condițiile de existență ale acestora.
Esența vieții este că organismele vii lasă în urmă urmași. Informațiile ereditare sunt transmise din generație în generație, organismele se autoreglează și se recuperează în timpul reproducerii descendenților. Viața este o formă specială de materie de înaltă calitate, cea mai înaltă, capabilă de auto-reproducere, lăsând urmași.
Conceptul de viață în diferit perioade istorice Au fost date diverse definiții. Prima definiție corectă din punct de vedere științific a fost dată de F. Engels: „Viața este un mod de existență a corpurilor proteice, iar acest mod de existență constă în esență în auto-reînnoirea constantă a componentelor chimice ale acestor corpuri”. Când procesul de metabolism dintre organismele vii și mediu se oprește, proteinele se descompun și viața dispare. Bazat pe realizări moderne stiinta biologica, omul de știință rus M.V. Volkenstein a dat o nouă definiție conceptului de viață: „Corpurile vii care există pe Pământ sunt sisteme deschise, autoreglabile și auto-reproducătoare, construite din biopolimeri - proteine ​​și acizi nucleici”. Această definiție nu neagă prezența vieții pe alte planete spațiul cosmic. Viața se numește sistem deschis, așa cum indică proces continuu schimbul de substante si energie cu mediul.
Pe baza celor mai recente realizări științifice ale științei biologice moderne, s-a dat următoarea definiție a vieții: „Viața este un sistem deschis, autoreglabil și autoreproducător de agregate ale organismelor vii, construit din polimeri biologici complecși - proteine ​​și acizi nucleici. .”
Acizii nucleici și proteinele sunt considerate la baza tuturor viețuitoarelor, deoarece funcționează în celulă și formează compuși complecși care fac parte din structura tuturor organismelor vii.
,

Proprietățile de bază ale organismelor vii

Organismele vii diferă de natura neînsuflețită prin proprietățile lor inerente. Proprietățile caracteristice ale organismelor vii includ: unitate compoziție chimică, metabolism și energie, asemănarea nivelurilor de organizare. Organismele vii se caracterizează și prin reproducere, ereditate, variabilitate, creștere și dezvoltare, iritabilitate, discreție, autoreglare, ritm etc.

Niveluri de organizare a vieții

Toate organismele vii din natură constau în aceleași niveluri de organizare; acesta este un model biologic caracteristic comun tuturor organismelor vii. Se disting următoarele niveluri de organizare a organismelor vii: molecular, celular, tisular, organ, organism, populație-specie, biogeocenotic, biosferă.
1. Nivel genetic molecular. Acesta este cel mai elementar nivel caracteristic al vieții. Indiferent cât de complexă sau simplă ar fi structura oricărui organism viu, toți constau din aceiași compuși moleculari. Un exemplu în acest sens sunt acizii nucleici, proteinele, carbohidrații și alte complexe moleculare complexe de organice și substante anorganice. Ele sunt uneori numite substanțe macromoleculare biologice. Apare la nivel molecular diverse procese funcțiile vitale ale organismelor vii: metabolism, conversie de energie. Cu ajutorul nivelului molecular, se realizează transferul de informații ereditare, se formează organele individuale și apar alte procese.
2. Nivelul celular. Celula este unitatea structurală și funcțională a tuturor organismelor vii de pe Pământ. Organelele individuale dintr-o celulă au o structură caracteristică și îndeplinesc o funcție specifică. Funcțiile organelelor individuale dintr-o celulă sunt interconectate și efectuează procese vitale comune. În organismele unicelulare (alge unicelulare și protozoare), toate procesele de viață au loc într-o singură celulă, iar o celulă există ca organism separat. Amintiți-vă de algele unicelulare, chlamydomonas, chlorella și cele mai simple animale - ameba, ciliați etc. În organismele multicelulare, o celulă nu poate exista ca organism separat, dar este o unitate structurală elementară a organismului.

Nivelul țesuturilor

O colecție de celule și substanțe intercelulare similare ca origine, structură și funcție formează țesutul. Nivelul țesutului este caracteristic doar organismelor pluricelulare. De asemenea, țesuturile individuale nu sunt un organism integral independent. De exemplu, corpurile animalelor și ale oamenilor sunt formate din patru țesuturi diferite (epitelial, conjunctiv, muscular, nervos). Tesuturile vegetale se numesc: educative, tegumentare, de sustinere, conductoare si excretoare. Amintiți-vă de structura și funcțiile țesuturilor individuale.

Nivelul organelor

În organismele multicelulare, combinația mai multor țesuturi identice, similare ca structură, origine și funcție, formează nivelul organului. Fiecare organ conține mai multe țesuturi, dar dintre ele unul este cel mai semnificativ. Un organ separat nu poate exista ca organism întreg. Mai multe organe, similare ca structură și funcție, se combină pentru a forma un sistem de organe, de exemplu, digestia, respirația, circulația sângelui etc.

Nivelul organismului

Plantele (Chlamydomonas, Chlorella) și animalele (amoeba, ciliați etc.), ale căror corpuri sunt formate dintr-o celulă, reprezintă un organism independent) Și un individ individual de organisme multicelulare este considerat un organism separat. În fiecare organism individual, au loc toate procesele de viață caracteristice tuturor organismelor vii - nutriție, respirație, metabolism, iritabilitate, reproducere etc. Fiecare organism independent lasă în urmă urmași. În organismele multicelulare, celulele, țesuturile, organele și sistemele de organe nu sunt un organism separat. Doar un sistem integral de organe care îndeplinesc în mod specific diferite funcții formează un organism independent separat. Dezvoltarea unui organism, de la fertilizare până la sfârșitul vieții, durează o anumită perioadă de timp. Această dezvoltare individuală a fiecărui organism se numește ontogeneză. Un organism poate exista în strânsă relație cu mediul său.

Nivel populație-specie

O colecție de indivizi dintr-o specie sau un grup care există de mult timp într-o anumită parte a gamei, relativ separat de alte populații ale aceleiași specii, constituie o populație. La nivel de populație se realizează transformări evolutive simple, care contribuie la apariția treptată a unei noi specii.

Nivel biogeocenotic

Colecția de organisme tipuri diferiteȘi de complexitate variată organizaţii adaptate la aceleaşi condiţii mediul natural, se numește biogeocenoză sau comunitate naturală. Biogeocenoza include numeroase specii de organisme vii și condiții naturale de mediu. ÎN biogeocenoze naturale Energia este acumulată și transferată de la un organism la altul. Biogeocenoza include compuși anorganici, organici și organisme vii.

Nivelul biosferei

Totalitatea tuturor organismelor vii de pe planeta noastră și habitatul lor natural comun constituie nivelul biosferei. La nivelul biosferei, biologia modernă decide probleme globale, de exemplu, determinarea intensității formării oxigenului liber de către vegetația Pământului sau modificări ale concentrației dioxid de carbonîn atmosfera asociată cu activităţile umane. Rol principal la nivelul biosferei, acestea sunt realizate de „substanțe vii”, adică totalitatea organismelor vii care locuiesc pe Pământ. Tot la nivelul biosferei sunt importante „substanțele bioinerte”, formate ca urmare a activității vitale a organismelor vii și a substanțelor „inerte” (adică, condițiile de mediu. La nivelul biosferei, circulația substanțelor și energiei are loc pe Pământul cu participarea tuturor organismelor vii ale biosferei.

Niveluri de organizare a vieții

Nivelurile de organizare ale lumii organice sunt stări discrete ale sistemelor biologice, caracterizate prin subordonare, interconexiune și modele specifice.

Nivelurile structurale ale organizării vieții sunt extrem de diverse, dar principalele sunt moleculare, celulare, ontogenetice, populație-specie, bigiocenotice și biosfere.

1. Nivel genetic molecular viaţă. Cele mai importante sarcini ale biologiei în această etapă sunt studiul mecanismelor de transmitere a informațiilor genetice, ereditatea și variabilitatea.

Există mai multe mecanisme de variabilitate la nivel molecular. Cel mai important dintre ele este mecanismul mutației genelor - transformarea directă a genelor în sine sub influența factorilor externi. Factorii care provoacă mutația sunt: ​​radiațiile, compușii chimici toxici, virușii.

Un alt mecanism de variabilitate este recombinarea genelor. Acest proces are loc în timpul reproducerii sexuale în organismele superioare. În acest caz, nu există nicio modificare a cantității totale de informații genetice.

Un alt mecanism de variabilitate a fost descoperit abia în anii 1950. Aceasta este o recombinare non-clasică a genelor, în care există o creștere generală a volumului de informații genetice datorită includerii de noi elemente genetice în genomul celulei. Cel mai adesea, aceste elemente sunt introduse în celulă de către viruși.

2. Nivel celular. Astăzi, știința a stabilit în mod fiabil că cea mai mică unitate independentă de structură, funcționare și dezvoltare a unui organism viu este celula, care este un sistem biologic elementar capabil de auto-reînnoire, auto-reproducere și dezvoltare. Citologia este o știință care studiază o celulă vie, structura ei, funcționând ca un sistem viu elementar, studiază funcțiile componentelor celulare individuale, procesul de reproducere a celulelor, adaptarea la condițiile de mediu etc. Citologia studiază, de asemenea, caracteristicile celulelor specializate, formarea funcţiilor lor speciale şi dezvoltarea structurilor celulare specifice . Astfel, citologia modernă a fost numită fiziologie celulară.

Progrese semnificative în studiul celulelor au avut loc la începutul secolului al XIX-lea, odată cu descoperirea și descrierea nucleului celular. Pe baza acestor studii a fost creată teoria celulară, care a devenit cel mai mare eveniment din biologie al secolului al XIX-lea. Această teorie a servit drept fundament pentru dezvoltarea embriologiei, fiziologiei și a teoriei evoluției.

Cea mai importantă parte a tuturor celulelor este nucleul, care stochează și reproduce informații genetice și reglează procesele metabolice din celulă.

Toate celulele sunt împărțite în două grupe:

Procariotele sunt celule fără nucleu

Eucariote - celule care conțin nuclee

Studiind o celulă vie, oamenii de știință au atras atenția asupra existenței a două tipuri principale de nutriție, ceea ce a făcut posibilă împărțirea tuturor organismelor în două tipuri:

Autotrof – produce singuri nutrienții de care au nevoie

· Heterotrof – nu se poate lipsi de alimente organice.

Ulterior, au fost clarificați factori atât de importanți precum capacitatea organismelor de a sintetiza substanțele necesare (vitamine, hormoni), de a se asigura energie, dependența de mediul ecologic etc.. Astfel, natura complexă și diferențiată a conexiunilor indică necesitatea o abordare sistematică a studiului vieţii la nivel ontogenetic .

3. Nivel ontogenetic. Organisme pluricelulare. Acest nivel a apărut ca urmare a formării organismelor vii. Unitatea de bază a vieții este individul, iar fenomenul elementar este ontogeneza. Fiziologia studiază funcționarea și dezvoltarea organismelor vii multicelulare. Această știință examinează mecanismele de acțiune ale diferitelor funcții ale unui organism viu, relația lor între ele, reglarea și adaptarea la mediul extern, originea și formarea în procesul de evoluție și dezvoltare individuală a individului. În esență, acesta este procesul ontogenezei - dezvoltarea organismului de la naștere până la moarte. În același timp, apar creșterea, mișcarea structurilor individuale, diferențierea și complicarea organismului.

Toate organismele pluricelulare sunt compuse din organe și țesuturi. Țesuturile sunt un grup de celule unite fizic și substanțe intercelulare pentru a îndeplini funcții specifice. Studiul lor este subiectul histologiei.

Organele sunt unități funcționale relativ mari care unesc diferite țesuturi în anumite complexe fiziologice. La rândul lor, organele fac parte din unități mai mari - sistemele corpului. Printre acestea se numără sistemul nervos, digestiv, cardiovascular, respirator și alte sisteme. Doar animalele au organe interne.

4. Populație-nivel biocenotic. Acesta este un nivel supraorganism al vieții, a cărui unitate de bază este populația. Spre deosebire de o populație, o specie este o colecție de indivizi care sunt similare ca structură și proprietăți fiziologice, au o origine comună și se pot încrucișa liber și pot produce descendenți fertili. O specie există doar prin populații reprezentând sisteme deschise genetic. Biologia populației este studiul populațiilor.

Termenul „populație” a fost introdus de unul dintre fondatorii geneticii, V. Johansen, care a dat acest nume unei colecții eterogene de organisme genetic. Mai târziu, populația a început să fie considerată un sistem integral care interacționează continuu cu mediul. Populațiile sunt sistemele reale prin care există specii de organisme vii.

Populațiile sunt sisteme deschise genetic, deoarece izolarea populațiilor nu este absolută și periodic nu este posibil schimbul de informații genetice. Populațiile sunt cele care acționează ca unități elementare de evoluție; modificările în grupul lor de gene duc la apariția de noi specii.

Populațiile capabile de existență și transformare independentă sunt unite în agregatul următorului nivel de supraorganism - biocenoze. Biocenoza este un ansamblu de populații care trăiesc într-un anumit teritoriu.

O biocenoză este un sistem închis populațiilor străine; pentru populațiile sale constitutive este un sistem deschis.

5. Nivel biogeocetonic. Biogeocenoza este un sistem stabil care poate exista o perioadă lungă de timp. Echilibrul într-un sistem viu este dinamic, adică. reprezinta o miscare constanta in jurul unui anumit punct de stabilitate. Pentru funcționarea sa stabilă, este necesar să existe conexiuni de feedback între subsistemele sale de control și execuție. Această metodă de menținere a unui echilibru dinamic între diferitele elemente ale biogeocenozei, cauzată de reproducerea în masă a unor specii și de reducerea sau dispariția altora, ducând la modificarea calității mediului, se numește dezastru ecologic.

Biogeocenoza este un sistem integral de autoreglare în care se disting mai multe tipuri de subsisteme. Sistemele primare sunt producători care prelucrează direct materia nevii; consumatori - un nivel secundar la care materia și energia sunt obținute prin utilizarea producătorilor; apoi vin consumatorii de ordinul doi. Există, de asemenea, scavengers și descompuners.

Ciclul substanțelor trece prin aceste niveluri în biogeocenoză: viața participă la utilizarea, prelucrarea și restaurarea diferitelor structuri. În biogeocenoză există un flux de energie unidirecțional. Acest lucru îl face un sistem deschis, conectat continuu cu biogeocenozele învecinate.

Autoreglementarea biogeocenilor are mai mult succes cu cât numărul elementelor sale constitutive este mai divers. Stabilitatea biogeocenozelor depinde și de diversitatea componentelor sale. Pierderea uneia sau mai multor componente poate duce la un dezechilibru ireversibil și la moartea acestuia ca sistem integral.

6. Nivelul biosferei. Acesta este cel mai înalt nivel de organizare a vieții, acoperind toate fenomenele vieții de pe planeta noastră. Biosfera este materia vie a planetei și mediul transformat de aceasta. Metabolismul biologic este un factor care unește toate celelalte niveluri de organizare a vieții într-o singură biosferă. La acest nivel are loc circulația substanțelor și transformarea energiei, asociate cu activitatea vitală a tuturor organismelor vii care trăiesc pe Pământ. Astfel, biosfera este un singur sistem ecologic. Studierea funcționării acestui sistem, a structurii și a funcțiilor sale este cea mai importantă sarcină a biologiei la acest nivel de viață. Ecologia, biocenologia și biogeochimia studiază aceste probleme.

Dezvoltarea doctrinei biosferei este indisolubil legată de numele remarcabilului om de știință rus V.I. Vernadsky. El a fost cel care a reușit să demonstreze legătura dintre lumea organică a planetei noastre, acționând ca un întreg indivizibil, și procesele geologice de pe Pământ. Vernadsky a descoperit și studiat funcțiile biogeochimice ale materiei vii.

Niveluri de organizare sisteme vii reflectă subordonarea și ierarhia organizării structurale a vieții; diferă unele de altele prin complexitatea organizării sistemului (o celulă este mai simplă în comparație cu un organism sau o populație multicelulară).

Standard de viață - aceasta este forma și metoda existenței sale (virusul există sub forma unei molecule de ADN sau ARN închisă într-o înveliș proteic - forma de existență a virusului. Cu toate acestea, virusul prezintă proprietățile unui sistem viu numai atunci când intră în celula altui organism, unde se înmulțește - metoda existenței sale).

Niveluri de organizare	Sistem biologic	Componentele care formează sistemul	Procese de bază
1. Nivel genetic molecular	Moleculă	Biopolimeri individuali (ADN, ARN, proteine, lipide, carbohidrați etc.);	La acest nivel al vieții sunt studiate fenomene legate de modificări (mutații) și reproducerea materialului genetic și metabolismului.
2. Celular		Complexe de molecule compuși chimiciși organele celulare	Sinteza unor substanțe organice specifice; reglarea reacțiilor chimice; diviziune celulara; implicarea elementelor chimice ale Pământului și a energiei Soarelui în biosisteme
3. Țesătură		Celulele și substanța intercelulară	Metabolism; iritabilitate
4. Organ		Diferite tipuri de țesături	Digestie; schimb de gaze; transport de substante; mișcare etc.
5. Organic	Organism	Sisteme de organe	Metabolism; iritabilitate; reproducere; ontogeneză. Reglarea neuroumorală a proceselor vitale. Asigurarea că organismul se potrivește armonios cu mediul său
6. Populație-specie	Populația	Grupuri de indivizi înrudiți uniți printr-un anumit fond genetic și interacțiune specifică cu mediul	Caracteristica genetică; interacțiunile dintre indivizi și populații; acumularea de transformări evolutive elementare; dezvoltarea adaptării la condiţiile de mediu în schimbare
7. Biogeoceno-tic	Biogeocenoza	Populații de diferite specii; factori de mediu; spatiu cu un complex de conditii de locuit	Ciclul biologic al substanțelor și fluxul de energie care susțin viața; echilibru fluid între populația vie și mediul abiotic; asigurarea populaţiei vie cu condiţii şi resurse de viaţă
8. Biosferă	Biosferă	Biogeocenoze și impact antropic	Interacțiunea activă a materiei vii și nevii (inerte) a planetei; ciclu biologic global; participarea biogeochimică activă a oamenilor la toate procesele biosferei

SARCINI TEMATICE

Partea A

A1. Nivelul la care sunt studiate procesele de migrare biogenă a atomilor se numește:

1) biogeocenotic
2) biosfera
3) populație-specie
4) genetică moleculară

A2. La nivel populație-specie studiem:

1) mutații genetice
2) relațiile dintre organisme din aceeași specie
3) sisteme de organe
4) procesele metabolice din organism

A3. Se numește menținerea relativei constante a compoziției chimice a corpului

1) metabolism
2) asimilare
3) homeostazie
4) adaptare

A4. Apariția mutațiilor este asociată cu astfel de proprietăți ale organismului ca

1) ereditatea
2) variabilitate
3) iritabilitate
4) auto-reproducere

A5. Care dintre sistemele biologice enumerate formează cel mai mult nivel inalt viaţă?

1) celula amibei
2) virusul variolei
3) o turmă de căprioare
4) rezervație naturală

A6. Tragerea mâinii departe de un obiect fierbinte este un exemplu.

1) iritabilitate
2) capacitatea de adaptare
3) moștenirea caracteristicilor de la părinți
4) autoreglare

A7. Fotosinteza, biosinteza proteinelor sunt exemple

1) metabolismul plastic
2) metabolismul energetic
3) nutriția și respirația
4) homeostazie

A8. Care termen este sinonim cu conceptul de „metabolism”?

1) anabolism
2) catabolism
3) asimilare
4) metabolism

Partea B

ÎN 1. Selectați procesele studiate la nivel genetic molecular al vieții:

1) Replicarea ADN-ului
2) moștenirea bolii Down
3) reacții enzimatice
4) structura mitocondriilor
5) structura membranei celulare
6) circulația sângelui

LA 2. Corelați natura adaptării organismelor cu condițiile în care au fost dezvoltate

Partea C

C1. Ce adaptări ale plantelor le permit să se reproducă și să se împrăștie?
C2. Care sunt asemănările și diferențele dintre la diferite niveluri organizarea vieții?

1. Niveluri de organizare a vieții

Există astfel de niveluri de organizare a materiei vii - niveluri de organizare biologică: moleculară, celulară, tisulară, de organe, organism, populație-specie și ecosistem.

Nivelul molecular de organizare - acesta este nivelul de funcționare al macromoleculelor biologice - biopolimeri: acizi nucleici, proteine, polizaharide, lipide, steroizi. De la acest nivel încep cele mai importante procese ale vieții: metabolismul, conversia energiei, transmiterea informații ereditare. Acest nivel se studiază: biochimie, genetică moleculară, biologie moleculară, genetică, biofizică.

Nivel celular- acesta este nivelul celulelor (celule ale bacteriilor, cianobacteriilor, animalelor și algelor unicelulare, ciupercilor unicelulare, celulelor organismelor pluricelulare). O celulă este o unitate structurală a viețuitoarelor, o unitate funcțională, o unitate de dezvoltare. Acest nivel este studiat de citologie, citochimie, citogenetică și microbiologie.

Nivelul de organizare al țesuturilor - acesta este nivelul la care se studiază structura și funcționarea țesuturilor. Acest nivel este studiat de histologie și histochimie.

Nivelul organului de organizare- Acesta este nivelul organelor organismelor pluricelulare. Anatomia, fiziologia și embriologia studiază acest nivel.

Nivelul organic de organizare - acesta este nivelul organismelor unicelulare, coloniale și pluricelulare. Specificul nivelului organismului este că la acest nivel are loc decodificarea și implementarea informațiilor genetice, formarea de caracteristici inerente indivizilor unei specii date. Acest nivel este studiat de morfologie (anatomie și embriologie), fiziologie, genetică și paleontologie.

Nivel populație-specie - acesta este nivelul agregatelor indivizilor - populatiilorȘi specii. Acest nivel este studiat de sistematică, taxonomie, ecologie, biogeografie, genetica populatiei. La acest nivel, genetice şi caracteristicile ecologice ale populatiilor, elementar factori evolutiviși impactul lor asupra fondului genetic (microevoluție), problema conservării speciilor.

Nivelul de organizare al ecosistemului - acesta este nivelul microecosistemelor, mezoecosistemelor, macroecosistemelor. La acest nivel sunt studiate tipuri de nutriție, tipuri de relații dintre organisme și populații din ecosistem, mărimea populației, dinamica populației, densitatea populației, productivitatea ecosistemului, succesiunea. Acest nivel studiază ecologia.

De asemenea, distins nivelul de organizare al biosferei materie vie. Biosfera este un ecosistem gigantic care ocupă o parte din învelișul geografic al Pământului. Acesta este un mega ecosistem. În biosferă există o circulație a substanțelor și elementelor chimice, precum și transformarea energiei solare.
2. Proprietăţile fundamentale ale materiei vii

Metabolism (metabolism)

Metabolismul (metabolismul) este un ansamblu de transformări chimice care au loc în sistemele vii care le asigură activitatea vitală, creșterea, reproducerea, dezvoltarea, autoconservarea, contactul constant cu mediul înconjurător și capacitatea de adaptare la acesta și la schimbările acestuia. În timpul procesului metabolic, moleculele care alcătuiesc celulele sunt descompuse și sintetizate; formarea, distrugerea și reînnoirea structurilor celulare și a substanței intercelulare. Metabolismul se bazează pe procesele interconectate de asimilare (anabolism) și disimilare (catabolism). Asimilare - procese de sinteză a moleculelor complexe din cele simple cu cheltuirea energiei stocate în timpul disimilării (precum și acumularea de energie în timpul depunerii substanțelor sintetizate). Disimilarea este procesul de descompunere (anaerobă sau aerobă) a compușilor organici complecși necesari funcționării organismului.
Spre deosebire de corpurile de natură neînsuflețită, schimbul cu mediul pentru organisme vii este o condiție pentru existența lor. În acest caz, are loc auto-înnoirea. Procesele metabolice care au loc în interiorul corpului sunt combinate în cascade și cicluri metabolice reacții chimice, care sunt strict ordonate în timp și spațiu. Flux constant cantitate mare reacțiile într-un volum mic se realizează prin distribuția ordonată a legăturilor metabolice individuale în celulă (principiul compartimentării). Procesele metabolice sunt reglate cu ajutorul biocatalizatorilor - proteine ​​enzimatice speciale. Fiecare enzimă are specificitatea de substrat de a cataliza conversia unui singur substrat. Această specificitate se bazează pe un fel de „recunoaștere” a substratului de către enzimă. Cataliza enzimatică diferă de cataliza non-biologică prin eficiența sa extrem de ridicată, ca urmare a căreia viteza reacției corespunzătoare crește de 1010 - 1013 ori. Fiecare moleculă de enzimă este capabilă să efectueze de la câteva mii până la câteva milioane de operații pe minut fără a fi distrusă în timpul participării la reacții. O altă diferență caracteristică între enzime și catalizatorii nebiologici este că enzimele sunt capabile să accelereze reacțiile în condiții normale (presiune atmosferică, temperatura corpului etc.).
Toate organismele vii pot fi împărțite în două grupe - autotrofe și heterotrofe, care diferă în sursele de energie și substanțele necesare vieții lor.
Autotrofele sunt organisme care sintetizează compuși organici din substanțe anorganice folosind energie lumina soarelui(fotosintetice - plante verzi, alge, unele bacterii) sau energie obținută din oxidarea unui substrat anorganic (chimiosintetice - sulf, bacterii de fier și unele altele), organismele autotrofe sunt capabile să sintetizeze toate componentele celulei. Rolul autotrofilor fotosintetici în natură este hotărâtor – fiind producătorul primar de materie organică din biosferă, ei asigură existența tuturor celorlalte organisme și cursul ciclurilor biogeochimice în ciclul substanțelor de pe Pământ.
Heterotrofele (toate animalele, ciupercile, majoritatea bacteriilor, unele plante non-clorofile) sunt organisme care necesită substanțe gata preparate pentru existența lor. materie organică, care, atunci când sunt furnizate ca hrană, servesc atât ca sursă de energie, cât și ca un necesar" material de construcții". Trăsătură caracteristică heterotrof este prezența amfibolismului, adică. procesul de formare a micilor molecule organice (monomeri) formate în timpul digestiei alimentelor (procesul de degradare a substraturilor complexe). Astfel de molecule - monomeri - sunt folosite pentru a-și asambla proprii compuși organici complecși.

Auto-reproducere (reproducere)

Capacitatea de a se reproduce (reproduce propriul soi, auto-reproducere) este una dintre proprietățile fundamentale ale organismelor vii. Reproducerea este necesară pentru a asigura continuitatea existenţei speciilor, deoarece Durata de viață a unui organism individual este limitată. Reproducerea compensează mai mult decât pierderile cauzate de moartea naturală a indivizilor și menține astfel conservarea speciei de-a lungul generațiilor de indivizi. În procesul de evoluție a organismelor vii a avut loc evoluția metodelor de reproducere. Prin urmare, în numeroasele și diversele specii de organisme vii care există în prezent, găsim forme diferite reproducere. Multe specii de organisme combină mai multe metode de reproducere. Este necesar să se distingă două tipuri fundamental diferite de reproducere a organismelor - asexuată (primară și mai mult tip antic reproducere) şi sexuale
În procesul de reproducere asexuată, se formează un nou individ dintr-una sau un grup de celule (în organisme multicelulare) ale organismului matern. În toate formele de reproducere asexuată, descendenții au un genotip (set de gene) identic cu cel matern. În consecință, toți descendenții unui organism matern se dovedesc a fi omogeni genetic, iar indivizii fiice au același set de caracteristici.
În reproducerea sexuală, un nou individ se dezvoltă dintr-un zigot, care este format prin fuziunea a două celule germinale specializate (procesul de fertilizare) produse de două organisme părinte. Nucleul din zigot conține un set hibrid de cromozomi, format ca urmare a combinării seturilor de cromozomi de nuclee de gameți fuzionate. În nucleul zigotului se creează astfel o nouă combinație de înclinații ereditare (gene), introduse în mod egal de ambii părinți. Și organismul fiică care se dezvoltă din zigot va avea o nouă combinație de caracteristici. Cu alte cuvinte, în timpul reproducerii sexuale, apare o formă combinativă de variabilitate ereditară a organismelor, care asigură adaptarea speciilor la condițiile de mediu în schimbare și reprezintă un factor esențial în evoluție. Acesta este un avantaj semnificativ al reproducerii sexuale în comparație cu reproducerea asexuată.
Capacitatea organismelor vii de a se reproduce se bazează pe proprietatea unică a acizilor nucleici pentru reproducere și pe fenomenul de sinteză a matricei, care stă la baza formării moleculelor de acid nucleic și proteine. Auto-reproducția la nivel molecular determină atât implementarea metabolismului în celule, cât și auto-reproducția celulelor în sine. Diviziunea celulară (auto-reproducția celulară) stă la baza dezvoltării individuale a organismelor multicelulare și reproducerii tuturor organismelor. Reproducerea organismelor asigură autoreproducerea tuturor speciilor care locuiesc pe Pământ, ceea ce determină la rândul său existența biogeocenozelor și a biosferei.

Ereditatea și variabilitatea

Ereditatea asigură continuitate materială (fluxul de informații genetice) între generații de organisme. Este strâns legat de reproducerea pe plan molecular, subcelular și niveluri celulare. Informațiile genetice care determină diversitatea trăsăturilor ereditare sunt criptate în structura moleculară a ADN-ului (în ARN pentru unele viruși). Genele codifică informații despre structura proteinelor sintetizate, enzimatice și structurale. Codul genetic este un sistem de „înregistrare” a informațiilor despre secvența de aminoacizi din proteinele sintetizate folosind secvența de nucleotide din molecula de ADN.
Setul tuturor genelor unui organism se numește genotip, iar setul de caracteristici se numește fenotip. Fenotipul depinde atât de genotip, cât și de factorii de mediu interni și externi care afectează activitatea genelor și determină procese regulate. Stocarea și transmiterea informațiilor ereditare se realizează în toate organismele cu ajutorul acizilor nucleici; codul genetic este același pentru toate ființele vii de pe Pământ, adică. este universal. Datorită eredității, trăsăturile se transmit din generație în generație care asigură adaptarea organismelor la mediul lor.
Dacă reproducerea organismelor ar prezenta doar continuitate semne existenteși proprietăți, atunci pe fondul schimbărilor condițiilor de mediu existența organismelor ar fi imposibilă, deoarece o conditie necesara Viața organismelor este adaptabilitatea lor la condițiile de mediu. Există variabilitate în diversitatea organismelor aparținând aceleiași specii. Variabilitatea poate apărea în organismele individuale în timpul dezvoltării lor individuale sau în cadrul unui grup de organisme pe o serie de generații în timpul reproducerii.
Există două forme principale de variabilitate, care diferă în mecanismele de apariție, natura modificărilor caracteristicilor și, în sfârșit, semnificația lor pentru existența organismelor vii - genotip (ereditare) și modificare (neereditare).
Variabilitatea genotipică este asociată cu o modificare a genotipului și duce la o schimbare a fenotipului. Variabilitatea genotipică se poate baza pe mutații (variabilitatea mutațională) sau pe noi combinații de gene care apar în timpul procesului de fertilizare în timpul reproducerii sexuale. În forma mutațională, modificările sunt asociate în primul rând cu erori în timpul replicării acizilor nucleici. Astfel, apar noi gene care poartă noi informații genetice; apar semne noi. Și dacă personajele nou apărute sunt utile organismului în condiții specifice, atunci ele sunt „preluate” și „fixate” de selecția naturală. Astfel, adaptabilitatea organismelor la condițiile de mediu, diversitatea organismelor se bazează pe variabilitatea ereditară (genotipică) și sunt create precondițiile pentru evoluția pozitivă.
Cu variabilitatea neereditară (modificatoare), modificările fenotipului apar sub influența factorilor de mediu și nu sunt asociate cu modificări ale genotipului. Modificările (modificări ale caracteristicilor în timpul variabilității modificării) apar în limitele normei de reacție, care se află sub controlul genotipului. Modificările nu sunt transmise generațiilor următoare. Semnificația variabilității modificării este că asigură adaptabilitatea organismului la factorii de mediu în timpul vieții sale.

Dezvoltarea individuală a organismelor

Toate organismele vii se caracterizează printr-un proces de dezvoltare individuală - ontogeneză. În mod tradițional, ontogeneza este înțeleasă ca procesul de dezvoltare individuală a unui organism multicelular (format ca urmare a reproducerii sexuale) din momentul formării zigotului până la moartea naturală a individului. Datorită diviziunii zigotului și generațiilor ulterioare de celule, cel organism pluricelular, constând dintr-un număr mare de tipuri diferite de celule, diferite țesuturi și organe. Dezvoltarea unui organism se bazează pe un „program genetic” (încorporat în genele cromozomilor zigotului) și se realizează în condiții specifice de mediu, care influențează semnificativ procesul de implementare a informațiilor genetice în timpul existenței individuale a unui organism. individual. În stadiile incipiente ale dezvoltării individuale, are loc o creștere intensivă (creștere în masă și dimensiune), cauzată de reproducerea moleculelor, celulelor și a altor structuri și diferențiere, adică. apariția diferențelor de structură și complicație a funcțiilor.
În toate etapele ontogenezei, diverși factori de mediu (temperatura, gravitatea, presiunea, compoziția alimentelor în ceea ce privește conținutul de elemente chimice și vitamine, diverși agenți fizici și chimici) au o influență reglatoare semnificativă asupra dezvoltării organismului. Studiul rolului acestor factori în procesul de dezvoltare individuală a animalelor și a oamenilor este de o importanță enormă. semnificație practică, crescând odată cu creșterea impactului antropic asupra naturii. În diverse domenii ale biologiei, medicinei, medicinei veterinare și altor științe, cercetările sunt efectuate pe scară largă pentru a studia procesele de dezvoltare normală și patologică a organismelor și pentru a clarifica modelele ontogenezei.

Iritabilitate

O proprietate integrală a organismelor și a tuturor sistemelor vii este iritabilitatea - capacitatea de a percepe stimuli externi sau interni (impacte) și de a răspunde în mod adecvat la aceștia. La organisme, iritabilitatea este însoțită de un complex de modificări, exprimate în schimbări în metabolism, potențial electric pe membranele celulare, parametri fizico-chimici din citoplasma celulelor, în reacții motorii, iar animalele extrem de organizate se caracterizează prin modificări ale comportamentului lor.

4. Dogma centrală a biologiei moleculare - o regulă generalizantă pentru implementarea informaţiei genetice observate în natură: informaţia se transmite din acizi nucleici La veveriţă, dar nu în sens invers. Regula a fost formulată Francis Crick V 1958 an și aduse în concordanță cu datele acumulate până la acel moment în 1970 an. Transferul de informații genetice de la ADN La ARN iar de la ARN la veveriţă este universal pentru toate organismele celulare fără excepție; stă la baza biosintezei macromoleculelor. Replicarea genomului corespunde tranziției informaționale ADN → ADN. În natură, există și tranziții ARN → ARN și ARN → ADN (de exemplu, în unele viruși), precum și modificări conformaţie proteine ​​transferate de la moleculă la moleculă.

Metode universale de transmitere a informațiilor biologice

În organismele vii există trei tipuri de eterogene, adică formate din diferiți monomeri polimerici - ADN, ARN și proteine. Informațiile pot fi transferate între ele în 3 x 3 = 9 moduri. Dogma Centrală împarte aceste 9 tipuri de transfer de informații în trei grupuri:

General - întâlnit în majoritatea organismelor vii;

Special - găsit ca excepție, în virusuri iar la elemente mobile ale genomului sau în condiţii biologice experiment;

Necunoscut - nu a fost găsit.

Replicarea ADN (ADN → ADN)

ADN-ul este principala modalitate de transmitere a informațiilor între generații de organisme vii, astfel încât duplicarea (replicarea) exactă a ADN-ului este foarte importantă. Replicarea este realizată de un complex de proteine ​​care se desfășoară cromatina, apoi un dublu helix. După aceasta, ADN polimeraza și proteinele sale asociate construiesc o copie identică pe fiecare dintre cele două lanțuri.

Transcriere (ADN → ARN)

Transcripția este un proces biologic în urma căruia informațiile conținute într-o secțiune de ADN sunt copiate pe molecula sintetizată. ARN mesager. Se efectuează transcrierea factori de transcripțieȘi ARN polimeraza. ÎN Celulă eucariotă transcriptul primar (pre-ARNm) este adesea editat. Acest proces se numește îmbinare.

Traducere (ARN → proteină)

Se citește ARNm matur ribozomiîn timpul procesului de difuzare. ÎN procariotăÎn celule, procesele de transcripție și translație nu sunt separate spațial, iar aceste procese sunt cuplate. ÎN eucariote locul celular de transcriere nucleul celular separat de locul de difuzare ( citoplasmă) membrana nucleara, deci ARNm transportat din nucleuîn citoplasmă. ARNm este citit de ribozom sub formă de trei nucleotide„cuvinte”. Complexe factori de iniţiereȘi factori de alungire eliberează aminoacilat transfer ARN-uri la complexul ARNm-ribozom.