Рівні організації живого - студопедія
В даний час виділяють наступні рівні організації живої матерії: молекулярний, клітинний, тканинний, органний, організменний, популяційно-видовий, биоценотический, біосферний. Кожен з цих рівнів характеризується особливостями, притаманними іншим рівням, але кожному рівню притаманні власні специфічні особливості.
Молекулярний рівень. Цей рівень є глибинним в організації живого і представлений молекулами нуклеїнових кислот, білків, вуглеводів, ліпідів і стероїдів, які перебувають в клітинах і отримали назву біологічних молекул.
Біологічні молекули синтезуються з низькомолекулярних попередників, якими є окис вуглецю, вода і атмосферний азот і які в процесі метаболізму перетворюються через проміжні сполуки зростаючої молекулярної маси (будівельні блоки) в біологічні макромолекули з великою молекулярною масою. На цьому рівні починаються і здійснюються найважливіші процеси життєдіяльності (кодування і передача спадкової інформації, дихання, обмін речовин і енергії, мінливість та ін.).
Все макромолекули універсальні. тому побудовані за єдиним планом незалежно від їх видової приналежності. Будучи універсальними, вони одночасно і унікальні, бо їх структура неповторна. Наприклад, до складу нуклеотидів ДНК входить по одному азотистій підставі з 4 відомих (аденін, гуанін, цитозин і тимін), внаслідок чого будь-який нуклеотид або будь-яка послідовність нуклеотидів в молекулах ДНК неповторні за своїм складом, так само як неповторна також і вторинна структура молекули ДНК. До складу більшості білків входить 100-500 амінокислот, але послідовності амінокислот в молекулах білків неповторні, що робить їх унікальними.
Об'єднуючись, макромолекули різних типів утворюють надмолекулярних структури. прикладами яких є нуклеопротеїни, що представляють собою комплекси нуклеїнових кислот і білків, ліпопротеїди (комплекси ліпідів і білків), рибосоми (комплекси нуклеїнових кислот і білків).
Біологічна специфіка молекулярного рівня визначається функціональної специфічністю біологічних молекул. Наприклад, специфічність нуклеїнових кислот полягає в тому, що в них закодована генетична інформація про синтез білків. Цим властивістю не володіють інші біологічні молекули. Вуглеводи і ліпіди є найважливішими джерелами енергії, тоді як стероїди у вигляді стероїдних гормонів мають значення для регуляції ряду метаболічних процесів.
Специфіка біологічних макромолекул визначається також і тим, що процеси біосинтезу здійснюються в результаті одних і тих же етапів метаболізму. Більше того, біосинтезу нуклеїнових кислот, амінокислот і білків протікають за подібною схемою у всіх організмів незалежно від їх видової приналежності. Універсальними є також окислення жирних кислот, гліколіз і інші реакції. Наприклад, гліколіз відбувається в кожній живій клітині всіх організмів-еукаріотів і здійснюється в результаті 10 послідовних ферментативних реакцій, кожна з яких каталізується специфічним ферментом. Всі аеробні організми-еукаріоти мають молекулярними «машинами» в їх мітохондріях, де здійснюється цикл Кребса і інші реакції, пов'язані із звільненням енергії. На молекулярному рівні відбувається багато мутації. Ці мутації змінюють послідовність азотистих основ у молекулах ДНК.
На молекулярному рівні здійснюється фіксація променевої енергії і перетворення цієї енергії в хімічну, що запасається в клітинах у вуглеводах і інших хімічних сполуках, а хімічної енергії вуглеводів і інших молекул - в біологічно доступну енергію, що запасається у формі макроенергетичних зв'язків АТФ. Нарешті, на цьому рівні відбувається перетворення енергії макроергічних фосфатних зв'язків в роботу - механічну, електричну, хімічну, осмотичну, механізми всіх метаболічних і енергетичних процесів універсальні.
Біологічні молекули забезпечують також спадкоємність між молекулярним і наступним за ним рівнем (клітинним), тому що є матеріалом, з якого утворюються надмолекулярних структури. Молекулярний рівень є «ареною» хімічних реакцій, які забезпечують енергією клітинний рівень.
Клітинний рівень. Найголовніша специфічна риса цього рівня полягає в тому, що з нього починається життя. Цей рівень представлений клітинами, що діють в якості самостійних організмів (бактерії, найпростіші), а також клітинами багатоклітинних організмів. Будучи здатними до життя, росту і розмноження, клітини є основною формою організації живої матерії, елементарними одиницями, з яких побудовані всі живі істоти (прокаріоти і еукаріоти). Між клітинами рослин і тварин немає принципових відмінностей за структурою і функціями. Деякі відмінності стосуються лише будови їх мембран і окремих органел.
Специфічність клітинного рівня визначається спеціалізацією клітин, існуванням клітин в якості спеціалізованих одиниць багатоклітинного організму. На клітинному рівні відбувається розмежування та впорядкування процесів життєдіяльності в просторі і в часі, що пов'язано з приуроченість функцій до різних субклітинних структур. Наприклад, у клітин еукарітов значно розвинені мембранні системи (плазматична мембрана, цитоплазматическая мережу, пластинчастий комплекс) і клітинні органели (ядро, хромосоми, центриоли, мітохондрії, пластиди, лізосоми, рибосоми).
Мембранні структури є «ареною» найважливіших життєвих процесів, причому двошарове будову мембранної системи значно збільшує площу «арени». Крім того, мембранні структури забезпечують відділення клітин від навколишнього середовища, а також просторове розділення в клітинах багатьох біологічних молекул. Мембрана клітин має Високовибірково проникністю. Тому їх фізичний стан дозволяє постійне дифузне рух деяких з містяться в них молекул білків і фосфоліпідів. Крім мембран загального призначення в клітинах існують внутрішні мембрани, які обмежують клітинні органели.
Регулюючи обмін між клітиною і середовищем, мембрани мають рецептори, які сприймають зовнішні стимули. Зокрема, прикладами сприйняття зовнішніх стимулів є сприйняття світла, рух бактерій до джерела їжі, відповідь клітин-мішеней на гормони, наприклад, на інсулін. Деякі з мембран одночасно самі генерують сигнали (хімічні та електричні). Чудовою особливістю мембран є те, що на них відбувається перетворення енергії. Зокрема, на внутрішніх мембранах хлоропластів відбувається фотосинтез, тоді як на внутрішніх мембранах мітохондрій здійснюється окисне фосфорилювання. Компоненти мембран знаходяться в русі. Побудованим головним чином з білків і ліпідів, мембран притаманні різні перебудови, що визначає подразливість клітин - найважливіша властивість живого.
Тканинний рівень представлений тканинами, що поєднують клітини певного будови, розмірів, розташування і східних функцій. Тканини виникли в ході історичного розвитку разом з багатоклітинних (пояснити на прикладі виходу рослин на сушу). У багатоклітинних організмів вони утворюються в процесі онтогенезу як наслідок диференціації клітин. У тварин розрізняють кілька типів тканин (епітеліальна, сполучна, м'язова, нервова, а також кров і лімфа). У рослин розрізняють: мерістематічеськую, покривну, механічну, провідну, основну і видільну тканини.
Органний рівень. Представлений органами організмів. Орган - це відособлена сукупність тканин і окремих клітин, що виконують певну функцію в межах живого організму.
У найпростіших травлення, дихання, циркуляція речовин, виділення, пересування і розмноження здійснюється за рахунок різних органел. У більш досконалих організмів є системи органів. У рослин і тварин органи формуються за рахунок різної кількості тканин. Для хребетних характерна цефализация (филогенетич. Процес відокремлення голови у білатерально-симетричних тварин і включення в її склад органів, розташованих у предків в ін. Частинах тіла), що захищається в зосередженні найважливіших центрів і органів чуття в голові.
Організменний рівень. Цей рівень представлений самими організмами - одноклітинними і багатоклітинними організмами рослинної і тваринної природи. Специфічна особливість организменного рівня полягає в тому, що на цьому рівні відбувається декодування і реалізація генетичної інформації, створення структурних і функціональних особливостей, властивих організмам даного виду. Організми унікальні в природі, тому що унікальний їх генетичний матеріал, що детермінують розвиток, функції і взаємовідношення їх з навколишнім середовищем.
Популяційний рівень. Рослини і тварини не існують ізольовано, вони об'єднані в популяції. Створюючи надорганізменного систему, популяції характеризуються певним генофондом і певним місцем проживання. У популяціях починаються і елементарні еволюційні перетворення, відбувається вироблення адаптивної форми.
Видовий рівень. Цей рівень визначається видами рослин, тварин і мікроорганізмів, що існують в природі в якості живих ланок. Популяційний склад видів надзвичайно різноманітний. Вид може бути представлений від однієї до багатьох тисяч популяцій, які приурочені до різних середовищ існування і займають різні екологічні ніші. Види являють собою результат еволюції і характеризуються сменяемостью. Нині існуючі види не схожі на види, що існували в минулому (на прикладі жінок в минулому і сучасності). Вид є одиницею класифікації живих істот.
Біоценотіческій рівень. Представлений биоценозами - спільнотами організмів різної видової приналежності. У таких спільнотах організми різних видів в тій чи іншій мірі залежать один від іншого. В ході історичного розвитку склалися біогеоценози (екосистеми), які представляють собою системи, що складаються з взаємозалежних спільнот організмів і абіотичних факторів середовища. Екосистемам притаманне динамічне (рухливе) рівновага між організмами і абіотичних факторів. На цьому рівні здійснюються матеріально-енергетичні кругообіг, пов'язані з життєдіяльністю організмів.
Біосферний рівень (глобальний). Цей рівень є вищою формою організації живого (живих систем). Він представлений біосферою. На цьому рівні здійснюється об'єднання всіх матеріально-енергетичних кругообігів в єдиний гігантський біосферний кругообіг речовин і енергії.
Між різними рівнями організації живого існує діалектична єдність, живе організовано за типом системної організації, основу якої становить ієрархічність систем. Перехід від одного рівня до іншого пов'язаний зі збереженням функціональних механізмів, що діють на попередніх рівнях, і супроводжується появою структури і функцій нових типів, а також взаємодії, що характеризується новими особливостями, тобто пов'язаний з появою нової якості.
3. Ієрархія живого в біосфері
Органічний світ цілісний, тому що становить систему взаємопов'язаних частин, в той же час він дискретний, т. к. складається з дискретних одиниць організмів або особин. Кожен організм одночасно і цілісна, і дискретна система. У біології ХХ століття склалися уявлення про рівні організації як конкретному вираженні впорядкованості, що є однією з основ живого. На всіх рівнях організації життя проявляються всі основні властивості живої матерії, хоча на кожному з рівнів характер їх прояву має якісні особливості.
Все різноманіття організмів розділяється на дві групи - прокаріоти і еукаріоти.
До прокаріотів відносяться бактерії і синьо-зелені водорості, не мають оформленого ядра, генетичний матеріал (ДНК) знаходиться прямо в цитоплазмі і не оточений ядерною мембраною, відсутні мітохондрії, центріолі, пластиди.
Еукаріоти (рослини, гриби, слизовики і тварини) мають типовий ядерний апарат. Серед них як одноклітинні, так і багатоклітинні організми.
Таблиця 1. Основні відмінності між прокаріотів і еукаріотів
Бактерії мають цю здатність (деякі)
В даний час на поверхні нашої планети росте понад 500 000 видів рослин, з них близько 200 000 видів квіткових.
Більшість сучасних вчених визнають 2 надцарства - прокаріоти і еукаріоти. Надцарство прокаріотів включає 2 царства - архебактерии і бактерії (в т.ч. синьо-зелені водорості); Домен еукаріот - 3 царства - тварини, гриби і рослини.
Кожна рослина відноситься до певного виду, а вид - до роду. В даний час у всіх країнах світу загальновизнаною є бінарна номенклатура, введена К. Ліннея, тобто подвійну назву рослин (жовтець їдкий - Ranunculus acer).
Вершина еволюції тваринного світу - тип хордових, рослинного світу - тип покритонасінних.
Більшість біологів вважають, що властивості живого в повній мірі проявляються в окремому організмі, що одиницею життя є клітина, і що специфіка живого пов'язана з особливою впорядкованістю біологічних структур - молекул ДНК. Але проблеми біологічної організації значно ширше і їх рішення - це виявлення загальних принципів в організації живого, законів виникнення розвитку життя.
Людвіг фон Берталанфі в 1927 році розробив "организменного концепцію", яка далі трансформувалася в "Загальну теорію систем". Основа його концепції - ієрархічний порядок організації живої природи, в якому кожна система - комплекс взаємодіючих елементів - є компонентом системи більш високого рівня: атоми в молекулі, молекули в клітині, клітини в організмі, організми в колоніях і спільнотах.
У розвитку систем одні організатори підпорядковані іншим - рангом вище, ті в свою чергу підпорядковані ще більш високим рангах. Отже, організацію даної системи можна пояснити підсумовуванням властивостей її елементів, а треба виходити з її супідрядне положення в ієрархії живої природи. Виділяють такі градації: мікросвіт, макросвіт, мегамир.
Мікросвіт ми можемо осягнути, тільки використовуючи мікроскопічну техніку. Людина живе на середньому рівні, найбільш багатому в інформаційному відношенні - це макросвіт. Все, що виходить за межі нашої біосфери - мегасвіті.
Початкове наукове знання фіксує і формує об'єкт і предмет наукового дослідження, в яких накопичуються наукові факти і виникають наукові проблеми. Рішення проблеми починається з висунення ідей і формулювання гіпотез. Підтверджені гіпотези приймають статус законів і тим самим завершують формування зрілої теорії. Метатеорії - синтез світового наукового знання в загальних і приватних наукових картинах світу.