Організм як жива цілісна система
Головними рівнями організації життя є ген. жива клітина. орган. організм. популяція. співтовариство (біоценоз). Екологія вивчає рівні біологічної організації від організму до екосистем. В її основі, як і всієї біології, лежить теорія еволюційного розвитку органічного світу Ч. Дарвіна, що базується на уявленні про природний добір. В результаті боротьби за існування виживають найбільш пристосовані організми, які передають вигідні ознаки, що забезпечують виживання, своєму потомству, яке може їх розвинути далі, забезпечивши стабільне існування даного типу організмів в даних конкретних умовах середовища. У разі зміни умов виживають організми з більш сприятливими для нових умов ознаками і т.д.
Роль середовища, тобто фізичних факторів, в еволюції і існування організмів не викликає сумнівів. Це середовище отримала назву абиотической. а її складові (вода, повітря і ін.) і фактори (температура і ін.) називають абіотичними компонентами. на відміну від біотичних компонентів. що представляють собою живу речовину. Взаємодіючи з абиотическими компонентами, біотичні компоненти утворюють певні функціональні системи. Так, в результаті взаємодії з речовиною і енергією абіотичних компонентів гени як біотичні компоненти утворюють генетичні системи. а спільноти відповідно утворюють екосистеми (Ю. Одум). Зазначені біосистеми (генетичні системи, клітинні системи, системи організмів, популяційні системи, екосистеми), що представляють собою цілісне об'єднання біотичних і абіотичних компонентів, характеризуються різними рівнями біологічної організації біологічних систем, які розрізняються за принципами організації та масштабами явищ. Вони відображають ієрархію природних систем, при якій менші підсистеми складають великі системи, самі є підсистемами більших систем.
Властивості кожного рівня значно складніше і різноманітніше попереднього. Більш того, властивості кожного рівня неможливо пояснити, виходячи лише з властивостей окремих компонентів його більш низьких рівнів. Таке наявність у системного цілого особливих властивостей, які не притаманні його підсистем і блокам, називають емерджентним.
В екології організм розглядається як цілісна система, що взаємодіє із зовнішнім середовищем, як біотичної, так і абіотичного. Біологічним видом називають сукупність подібних особин. які, тим не менш, як індивідууми відрізняються один від одного. При цьому всіх їх об'єднує єдиний для всіх генофонд. забезпечує їх здатність до розмноження в межах виду. Не може бути потомства від особин різних видів, навіть перебувають у близькій спорідненості, тобто об'єднаних в один рід.
Оскільки кожна окрема особина має свої специфічні особливості, то і реакція їх на зміну стану середовища різна. Так, частина особин даного виду може не витримати підвищення температури, і загине, але популяція всього виду виживає за рахунок інших, більш пристосованих.
Популяція це сукупність особин одного виду. Генетики в якості обов'язкової умови зазвичай додають в визначення популяції здатність цієї сукупності до самовідтворення.
Біоценоз це сукупність спільно мешкають популяцій різних видів мікроорганізмів, рослин і тварин. Термін "біоценоз" вперше використав К. Мебіус (1877). Ця сукупність популяцій зазвичай розглядається обмеженою деяким географічним простором, поєднання абіотичних факторів якого (повітря, вода, грунти і підстилають їх гірські породи) називають біотопом.
Компоненти біотопу не просто існують поряд з біоценозом, але активно взаємодіють між собою і з живими організмами біоценозу, створюючи певну біологічну систему, названу В. Н. Сукачова биогеоценозом. У такій системі, по Сукачова, сукупність абіотичних і біотичних компонентів має "... свою, особливу специфіку взаємодій" і "певний тип обміну речовиною і енергією між собою. Уявлення В. Н. Сукачова в подальшому лягли в основу биогеоценологии наукового напрямку в біології, вивчає проблеми взаємодії живих організмів між собою і з навколишнім їх абіотичним середовищем.
Введене Сукачевим поняття біогеоценозу фактично еквівалентно запропонованого в 1935 р англійським ботаніком А. Тенсли поняттю екосистеми. Екосистема, по Тенсли, це "сукупність комплексів організмів з комплексом фізичних факторів оточення, тобто факторів місцеперебування в широкому сенсі". Подібні визначення мають місце і в інших відомих екологів, зокрема, у Ю. Одума.
Особливе значення для виділення екосистем мають трофічні (харчові) взаємовідносини організмів. Всі організми діляться на дві великі групи автотрофов і гетеротрофів.
Автотрофні організми для свого існування використовують неорганічні речовини, створюючи органічну матерію з неорганічної. До автотрофним відносяться фотосинтезуючі зелені рослини суші і водного середовища, синьо-зелені водорості та ін.
Гетеротрофні організми споживають тільки готові органічні речовини. До них відносяться всі тварини, людина, гриби та ін. Гетеротрофи, що споживають мертву органіку, називаються сапротрофами (наприклад, гриби), а здатні жити і розвиватися в живих організмах за рахунок живих тканин паразитами.
Оскільки організми різноманітні за видами і формами харчування, вони вступають між собою в складні трофічні взаємини. Одні з них виробляють продукцію, інші споживають, треті перетворять її в неорганічну форму.
Продуцентами називаються виробники продукції, якої потім харчуються всі інші організми. До продуцентів належать наземні зелені рослини, мікроскопічні морські та прісноводні водорості, що виробляють органічні речовини з неорганічних сполук.
Гетеротрофи це споживачі органічних речовин. До них відносяться як тварини, які вживають тільки рослинну їжу, травоїдні, так і харчуються тільки м'ясом інших тварин м'ясоїдні (хижаки), а також і всеїдні (людина, ведмідь).
Редуценти (деструктори) це відновники. Вони повертають речовини з відмерлих організмів знову в неживу природу, розкладаючи органіку до простих неорганічних сполук і елементів (наприклад, на CO2. NO2 і H2O). Повертаючи в грунт або у водне середовище біогенні елементи, вони, тим самим, завершують біохімічний круговорот. Це роблять в основному бактерії, більшість інших мікроорганізмів і гриби. Редуценти функціонально є тими ж самими консументами, тому їх часто називають мікроконсументамі.
Мікроорганізми, бактерії та інші більш складні форми в залежності від місця існування поділяють на аеробні. тобто існуючі при наявності кисню, і анаеробні живуть в безкисневому середовищі.
Організм це будь-яка жива істота. Він відрізняється від неживої природи певною сукупністю властивостей, властивих тільки живої матерії: клітинна організація, обмін речовин при провідній ролі білків і нуклеїнових кислот, що забезпечує гомеостаз організму, тобто самовідновлення і підтримання сталості його внутрішнього середовища. Живим організмам притаманні рух, подразливість, ріст і розвиток, розмноження і спадковість, а також пристосованість до умов існування адаптація.
Взаємодіючи з абіотичним середовищем, організм виступає як цілісна система. що включає в себе все більш низькі рівні біологічної організації (гени, клітини, органи). Зміна одних частин і функцій організму неминуче тягне за собою зміну інших його частин і функцій. Так, в умовах, що змінюються існування, в результаті природного відбору, ті чи інші органи отримують пріоритетний розвиток. Прикладом може бути потужна коренева система у рослин посушливої зони, надзвичайна пильність у нічних хижаків або, навпаки, "сліпота" в результаті редукції очей у тварин, що ведуть підземний спосіб життя в постійній темряві.
Живі організми володіють обміном речовин (метаболізмом), при цьому відбувається безліч хімічних реакцій. Прикладом таких реакцій можуть служити дихання або фотосинтез. за допомогою якого зелені рослини акумулюють енергію сонячного випромінювання. В процесі фотосинтезу за рахунок сонячної енергії відбувається наступна хімічна реакція:
,
де
Деякі мікроорганізми, бактерії, здатні синтезувати органічні сполуки за рахунок інших компонентів, наприклад, за рахунок сполук сірки. Такі процеси називають хемосинтезом.
Процеси метаболізму регулюються не тільки ферментами, але також і іншими макромолекулярних сполуками коферментами. окремим випадком яких є вітаміни. Вітаміни життєво необхідні для здійснення метаболічних реакцій всіх організмів бактерій, зелених рослин, тварин і людини. Відсутність вітамінів призводить до порушення обміну речовин і, як наслідок, до захворювання.
Нарешті, для ряду метаболічних реакцій необхідні особливі хімічні речовини, звані гормонами. які виробляються в різних органах і доставляються в інші місця організму кровотоком або за допомогою дифузії.
Метаболічні процеси протікають з різною інтенсивністю протягом усього життя організму, всього процесу його індивідуального розвитку. Цей процес індивідуальної еволюції організму від зародження і до смерті називається онтогенезом. Онтогенез являє собою сукупність послідовних морфологічних, фізіологічних і біохімічних перетворень, що зазнають організмом за весь період життя.
Онтогенез включає зростання організму, тобто збільшення маси і розмірів тіла, і диференціацію. тобто виникнення відмінностей між однорідними клітинами і тканинами, що приводить до їх спеціалізації по виконанню різних функцій в організмі. У організмів з статевим розмноженням онтогенез починається з заплідненої яйцеклітини (зиготи). При безстатевому розмноженні з утворенням нового організму шляхом ділення материнського тіла або спеціалізованої клітини, шляхом брунькування, а також від кореневища, бульби, цибулини і т.п.
Кожен організм в онтогенезі проходить ряд стадій розвитку. Для організмів, що розмножуються статевим шляхом, розрізняють зародкову (ембріональну) і послезародишевом (постембріональний) стадії, а також період розвитку дорослого організму. Зародковий період закінчується виходом зародка з яйця, а у живонароджених народженням. Важливе біологічне та екологічне значення для ряду тварин має початковий етап постембріонального розвитку, що протікає або по типу прямого розвитку (курча курка), або за типом метаморфоза. У другому випадку розвиток відбувається спочатку в формі личинки, яка існує і харчується самостійно, перш ніж перетворитися на дорослу особину (пуголовок жаба). У ряду комах личиночная стадія дозволяє пережити несприятливий час року (низькі температури, посуху і т.д.).
В онтогенезі рослин розрізняють зростання. розвиток (формування дорослого організму) і старіння (ослаблення біосинтезу, всіх фізіологічних функцій і смерть). Основною особливістю онтогенезу вищих рослин і більшості водоростей є чергування безстатевого (спорафіт) і статевого (гематофіт) поколінь.
Процеси онтогенезу можуть бути порушені на будь-якій стадії дією хімічного, світлового, теплового та ін. Забруднень середовища, що може привести до появи каліцтв або навіть до загибелі індивіда на післяпологовий стадії онтогенезу.
Сучасний онтогенез організмів склався протягом тривалої еволюції, в результаті їх історичного розвитку філогенезу. Останній термін ввів Е. Геккель в 1866 р Для цілей екології необхідна реконструкція еволюції тварин, рослин і мікроорганізмів. Цими питаннями займається філогенетика.
Взаємозв'язок між розвитком живого в історико-еволюційному плані і індивідуальним розвитком організму задається сформульованим Е. Геккелем биогенетическим законом. онтогенез будь-якого організму є коротким і коротке повторення філогенезу даного виду.