Органный уровень
Определение 2
Органы — это высокодефференциированные части тела, которые размещены в определённом месте и исполняют специальные функции.
Это структурно — функциональные объединения нескольких типов тканей. Они образуются в процессе развития из клеток различных тканей.
Группы разных органов коллективно функционируют для исполнения общей для организма функции. У человека есть такие системы органов: пищеварительная, дыхательная, сердечно — сосудистая, нервная, секреторная, выделительная, репродуктивная, Эндокринная, мышечная, скелетная и система покровных тканей. Каждый отдельный орган системы исполняет конкретную функцию, но все вместе работают как одна «команда», обеспечивая максимальную эффективность всей системы. Все системы органов функционируют во взаимосвязи и регулируются нервной и эндокринной системами. Нарушение функционирования любого органа приводит к патологии всей системы и даже организма.
Биогеоценотический, или биосферный, уровень
Определение 4
Биогеоценология, экология, биогеохимия и другие отрасли биологии изучают процессы, происходящие в биогеоценозах (экосистемах) — элементарных структурных и функциональных единицах биосферы.
На этом уровне ведутся комплексные исследования, охватывающие взаимоотношения биотических и абиотических компонентов, которые входят в состав биогеоценоза; изучается движение живого вещества в биосфере, пути и закономерности протекания энергетических кругооборотов. Такой подход даёт возможность предвидеть последствия хозяйственной деятельности человека и в форме международной программы «Человек и биосфера» координировать усилия биологов многих стран.
Важное практическое значение имеет изучение биологической продуктивности биогеоценозов (утилизации энергии солнечной радиации путём фотосинтеза и использования гетеротрофными организмами энергии, запасённой автотрофами). Замечание 2
Замечание 2
Необходимость детального изучения биосферного уровня организации живого обусловливается тем, что биогеоценозы — среда, в которой протекают любые жизненные процессы на нашей планете.
Живое вещество, его функции
Как известно, источником биохимической активности живых организмов является солнечная энергия, без которой не сможет произойти такой важный процесс как фотосинтез.
С самого своего появления жизнь не стоит на месте, а постоянно развивается. Тем самым, влияя на окружающую среду и, в определенной мере, изменяя ее.
Исходя из этого, можно с полной уверенностью сказать, что эволюционный процесс экосистемы и всей органической жизни проходит параллельно.
Жизнь на нашей планете появилась около четырех миллиардов лет назад, с этого самого момента на Земле и сформировалась биосфера. Огромный вклад в образование биосферы внесли цианобактерии. Они первыми освоили кислородный фотосинтез. Других претендентов на производство атмосферы не существовало в мире прокариотов.
Живая оболочка Земли — это не только сфера, в которой находится все живое, но и совместный результат деятельности организмов. Вещество и биосфера неразделимы. Биосферный уровень включает в себя все живое вещество планеты.
Геологический круговорот веществ происходит в течение многих тысяч и миллионов лет. В процессе круговорота образуется живое вещество из неорганических соединений, впоследствии органика распадается на неорганические компоненты.
Важнейшим результатом биогеохимических преобразований органического вещества можно считать кислородную революцию. Огромный вклад в это биогеохимическое изменение внесли древнейшие организмы — цианобактерии. Именно они явились родоначальниками фотосинтеза, в результате которого выделялся кислород, изменивший до неузнаваемости облик нашей планеты.
Популяционно — видовой уровень
Определение 3
Определённые отрасли биологии (морфология, физиология, генетика, экология) изучают элементарную единицу эволюционного процесса — популяцию — совокупность особей одного вида, населяющих определённую территорию, более или менее изолированную от соседних групп.
Изучение состава и динамики популяции неразрывно связано с молекулярным, клеточным и организменным уровнями.
Методами исследования являются методы тех наук, которые изучают конкретно поставленные на этом уровне вопросы:
- генетические методы — характер распределения наследственных особенностей в популяциях;
- морфологические
- физиологические
- экологические.
Популяция и вид как целое могут служить объектами исследования самых разных биологических отраслей.
1.3. Уровни организации живой природы
Уровни организации живых систем отражают соподчиненность, иерархичность структурной организации жизни; отличаются друг от друга сложностью организации системы (клетка устроена проще по сравнению с многоклеточным организмом или популяцией).
Уровень жизни – это форма и способ ее существования (вирус существует в виде молекулы ДНК или РНК, заключенной в белковую оболочку – форма существования вируса. Однако свойства живой системы вирус проявляет, только попав в клетку другого организма, где он размножается – способ его существования).
| Уровни организации | Биологи-ческая система | Компоненты, образующие систему | Основные процессы |
| 1.Молекулярно-генетический уровень | Молекула | Отдельные биополимеры (ДНК, РНК, белки, липиды, углеводы и др.); | На этом уровне жизни изучаются явления, связанные с изменениями (мутациями) и воспроизведением генетического материала, обменом веществ. |
| 2.Клеточный | Клетка | Комплексы молекул химических соединений и органоиды клетки | Синтез специфических органических веществ; регуляция химических реакций; деление клеток; вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы |
| 3.Тканевый | Ткань | Клетки и межклеточное вещество | Обмен веществ; раздражимость |
| 4.Органный | Орган | Ткани разных типов | Пищеварение; газообмен; транспорт веществ; движение и др. |
| 5. Организменный | Организм | Системы органов | Обмен веществ; раздражимость; размножение; онтогенез. Нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности. Обеспечение гармоничного соответствия организма его среде обитания |
| 6. Популяционно-видовой | Популяция | Группы родственных особей, объединенных определенным генофондом и специфическим взаимо-действием с окружающей средой | Генетическое своеобразие; взаимодействие между особями и популяциями; накопление элементарных эволюционных преобразований; выработка адаптации к меняющимся условиям среды |
| 7.Биогеоцено-тический | Биогеоценоз | Популяции разных видов; факторы среды; пространство с комплексом условий среды обитания | Биологический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь; подвижное равновесие между живым населением и абиотической средой; обеспечение живого населения условиями обитания и ресурсами |
| 8.Биосферный | Биосфера | Биогеоценозы и антропогенное воздействие | Активное взаимодействие живого и неживого (косного) вещества планеты; биологический глобальный круговорот; активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы |
Часть А
А1. Уровень, на котором изучаются процессы биогенной миграции атомов, называется:
1) биогеоценотический 2) биосферный3) популяционно-видовой
4) молекулярно-генетический
А2. На популяционно-видовом уровне изучают:
1) мутации генов2) взаимосвязи организмов одного вида3) системы органов
4) процессы обмена веществ в организме
А3. Поддержание относительного постоянства химического состава организма называется
1) метаболизм 2) ассимиляция 3) гомеостаз
4) адаптация
А4. Возникновение мутаций связано с таким свойством организма, как
1) наследственность 2) изменчивость 3) раздражимость
4) самовоспроизведение
А5. Какая из перечисленных биологических систем образует наиболее высокий уровень жизни?
1) клетка амебы 2) вирус оспы 3) стадо оленей
4) природный заповедник
А6. Отдергивание руки от горячего предмета – это пример
1) раздражимости 2) способности к адаптациям3) наследования признаков от родителей
4) саморегуляции
А7. Фотосинтез, биосинтез белков – это примеры
1) пластического обмена веществ 2) энергетического обмена веществ3) питания и дыхания
4) гомеостаза
А8. Какой из терминов является синонимом понятия «обмен веществ»?
1) анаболизм 2) катаболизм 3) ассимиляция
4) метаболизм
Часть В
В1. Выберите процессы, изучаемые на молекулярно-генетическом уровне жизни:
1) репликация ДНК 2) наследование болезни Дауна3) ферментативные реакции 4) строение митохондрий5) структура клеточной мембраны
6) кровообращение
В2. Соотнесите характер адаптации организмов с условиями, к которым они вырабатывались
Часть С
С1. Какие приспособления растений обеспечивают им размножение и расселение?
С2. Что общего и в чем заключаются различия между разными уровнями организации жизни?
Организменный уровень
Физиология (растений и животных, высшей нервной деятельности), экспериментальная морфология, эндокринология, эмбриология, иммунология, а также ещё рад других биологических отраслей изучают процессы и явления, происходящие в особи, и согласованное функционирование её органов и систем.
На этом уровне для создания общей теории онтогенеза проводятся исследования, направленные на раскрытие причинных механизмов становления биологической организации, её дифференцировки и интеграции, реализации генетической информации в онтогенезе. Также изучаются механизмы работы органов и их систем, их роль в жизнедеятельности организма, взаимные влияния органов, нервную и гуморальную регуляцию их функций, поведение животных, приспособительные изменения и др.
На этом уровне изучаются также механизм работы органов и систем, их роль в жизнедеятельности организма, взаимоотношения органов, поведение организмов, приспособительные изменения.
В данный момент применяются методы исследования:
- электрофизиологические (состоят в отведении, усилении и регистрации биоэлектрических потенциалов);
- биохимические (проводится изучение эндокринной регуляции — выделение и очистка гормонов, синтез их аналогов, изучение биосинтеза и механизмов действия гормонов);
- кибернетические (исследование ВНД животных и человека методом моделирования);
- экспериментальные ( выработка условных рефлексов, постановка задач).
Теория
Под уровнем организации живой материи понимают то функциональное место, которое данная биологическая структура занимает в общей системе организации мира.
Молекулярно-генетический (молекулярный) уровень
Биологическая система
Биологические макромолекулы (нуклеиновые кислоты, белки, углеводы) и другие вещества (липиды, АТФ и т.п.)
Элементарные процессы
Распад и синтез макромолекул в клетке, самосборка и матричное копирование макромолекул, генные мутации и т.д.
Характеристика
На этом уровне элементарной структурной единицей является ген (участок ДНК), а ДНК — носитель наследственной информации у всех живых организмов. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ превращение энергии, передача наследственной информации.
Субклеточный уровень
Биологическая система
Органоиды
Элементарные процессы
Деление полуавтономных органоидов (митохондрии, пластиды), сборка органоидов и т.д.
Характеристика
На уровне субклеточных (надмолекулярных) структур изучают строение и функции органоидов (хромосом, митохондрий, рибосом и др.), а также включений клетки.
Клеточный уровень
Биологическая система
Клетка
Элементарные процессы
Жизненный цикл клетки. Митоз. Мейоз. Амитоз. Метаболизм и т.д.
Характеристика
Клетка — основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система, единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Минимальная единица, которой присущи все свойства живого.
Тканевый уровень
Биологическая система
Ткань
Элементарные процессы
Регенерация ткани, дифференциация, специализация. и т.д.
Характеристика
Ткань – совокупность сходных по строению клеток и межклеточного вещества, объединенных выполнением общей функции. Этот уровень присутствует только у многоклеточных организмов
Органный уровень
Биологическая система
Орган
Элементарные процессы
Процессы, связанные с функциями органов: пищеварение, газообмен и т.д.
Характеристика
Орган – структурно-функциональное объединение нескольких типов тканей.
Организменный уровень
Биологическая система
Особь
Элементарные процессы
Процессы онтогенеза (индивидуальное развитие), включающие процессы эмбрионального и постэмбрионального развития, обмен веществ, размножение и т.д.
Характеристика
Организм — целостная одноклеточная или многоклеточная живая система, способная к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов, специализированных на выполнении различных функций.
Популяционно-видовой уровень
Биологическая система
Популяция и вид
Элементарные процессы
Процессы, приводящие к видообразованию: дрейф генов, популяционные волны, дивергенция и т.д.
Характеристика
Популяция – это совокупность организмов одного и того же вида, достаточно долго проживающих на определенной территории и полностью или частично изолированные от других популяций. Вид – совокупность схожих особей, имеющих общее происхождение, свободно скрещивающихся между собой и дающие плодовитое потомство.
Биоценотический (экосистемный, биогеоценотический) уровень
Биологическая система
Биоценоз
Элементарные процессы
Круговорот веществ и энергии, межвидовые взаимодействия, передача энергии по цепям питания, сукцессии и т.д.
Характеристика
Экосистема — биологическая система (биогеоценоз), состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними
Биосферный уровень
Биологическая система
Биосфера
Элементарные процессы
Глобальный круговорот веществ и превращение энергии и т.д.
Характеристика
Биосфера – оболочка Земли, заселенная живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности совокупность всех биогеоценозов, включает все явления жизни на Земле. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов.
Свойства организмов
Всех представителей биосферы (одноклеточных и многоклеточных) объединяют свойства живых организмов:
- размножение;
- обмен веществ;
- зависимость от энергии;
- рост;
- развитие;
- раздражимость;
- наследственность;
- изменчивость.
Кроме того, живые организмы имеют единый химический состав. Основные элементы живой материи – азот, кислород, углерод, водород. Из них формируются белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.
Что мы узнали?
Из урока 9 класса биологии узнали об основных уровнях живой природы. Тема включала краткое описание иерархии живой природы, особенностей многоклеточных и одноклеточных организмов, а также отличительные свойства живых организмов.
-
/10
Вопрос 1 из 10
Клеточный уровень
На клеточном уровне цитология, гистология, и их отделы (кариология, цито- и гистохимия, цитофизиология, цитогенетика), многие разделы физиологии, микробиологии и вирусологии изучают строение клетки и внутренних клеточных компонентов, а также связи и отношения между клетками в тканях и органах организма. Свободноживущих неклеточных форм жизни не существует.
Клетка — основная самостоятельная функциональная и структурная единица многоклеточного организма. Существуют одноклеточные организмы (водоросли, грибы, простейшие, бактерии). Также клетка есть единицей развития всех живых организмов, которые существуют на Земле. Свойства клетки определяются её компонентами, осуществляющими различные функции.
Определение 1
Совокупность клеток одного типа образует ткань. Сочетание нескольких тканей — орган, который выполняет определённую функцию в организме.
Благодаря исследованиям на клеточном уровне изучены основные компоненты клетки, строение клеток и тканей, их изменения в процессе развития.
Методы исследования на клеточном уровне:
- микроскопия (световой микроскоп позволяет видеть объекты до 1 мкм);
- цветные гистохимические реакции (выявление локализации в клетке различных химических веществ и ферментов);
- авторадиография (выявление в клетке мест синтеза макромолекул);
- электронная микроскопия (различение структур вплоть до макромолекул, хотя описание их строения часто затруднительно из-за недостаточной контрастности изображения);
- центрифугирование (изучение функций внутриклеточных компонентов — их выделяют из разрушенных (гомогенизированных) клеток);
- культура тканей (исследование свойств клеток);
- микрохирургия (обмен ядрами между клетками, слияние (гибридизация) клеток.
Учение В.И. Вернадского о биосфере
- Ученый выдвинул теорию о том, что границы биосферы обусловлены пространством существования живых организмов. В трудах В.И. Вернадского говорится о взаимосвязи живых организмов с неживой средой. Одним их этапов эволюции биосферы Вернадский считал её преобразование в стадию ноосферы, он доказал, что организмы являются определяющими в жизненной силе Земли.
- Организмы и продукты их жизнедеятельности разрушали горные породы, способствовали вымыванию одних веществ и накоплению других.
- Постоянное образование живого вещества с дальнейшей его трансформацией — функция биосферы.
Функции живого вещества по учению Вернадского:
В.И. Вернадский смог выделить несколько основных функций биосферы. А именно:
Особенностью живого вещества является то, что компоненты, входящие в его состав проявляют устойчивость исключительно в живых организмах.
Структура биосферы
Согласно учению Вернадского биосфера являет собой организованную сферу планеты, которая находится в контакте с живыми организмами.
В.И. Вернадский в составе биосферы выделял такие элементы:
- Живым веществом ученый считал всю совокупность организмов, живущих на Земле. В своих трудах ученый подчеркивал, что геохимическое состояние земной коры находится под влиянием живых организмов, определяется их деятельностью. Он выделял пять функций биологической сферы земли. По его учению, биосфера состоит из разнородных компонентов, важнейшим из которых есть живое вещество.
- К косному веществу ученый причислял химические соединения, в образовании которых живые организмы не принимали участия.
- Неживое биогенное вещество – это продукты жизнедеятельности организмов, которые разрушали горные породы, способствовали вымыванию одних веществ и накоплению других.
- Биокосное вещество являет собой продукт совместной работы живой и неживой природы, например грунт, глинозем.
В.И. Вернадский подчеркивал, что история возникновения и эволюция биосферы — это история возникновения жизни на Земле. Длительное время эта концепция биосферы В. И. Вернадского замалчивалась.
Проверь себя
Задание 1.Какое свойство живого иллюстрирует положительный хемотаксис амёбы к питательному субстрату?
- раздражимость
- развитие
- дискретность
- целостность
Задание 2.Хлорелла — одноклеточная водоросль. Организменный уровень организации жизни у неё совпадает с…
- субклеточным
- молекулярным
- клеточным
- органно-тканевым
Задание 3.Выберите верное окончание предложения. Все организмы дискретны, то есть…
- состоят из дифференцированных клеток
- наследуют признаки родительских особей
- размножаются
- состоят из структурных единиц
Задание 4.Какое свойство живого проявляется при дыхании человека?
- обмен веществ
- раздражимость
- размножение
- наследственность
Задание 5. На каком уровне организации жизни происходит межвидовая конкуренция зайца-русака и белки в лесу?
- организменный
- популяционно-видовой
- экосистемный
- биосферный
Ответы: 1 — 1; 2 — 3; 3 — 4; 4 — 1; 5 — 3.
Значение биосферного уровня
Главная роль биосферы заключается в обеспечении многообразия форм жизни на Земле и его сохранении в течение длительного времени.
На Земле нет мест, где бы не было природных сообществ (биогеоценозов).
Основная стратегия биосферного уровня — это сохранение бесконечности жизни, многообразия форм живой материи и обеспечение динамической устойчивости биосферы.
На биосферном уровне протекают важные глобальные процессы, обеспечивающие возможность длительного существования жизни на Земле. Среди них: непрерывное поступление солнечной энергии; образование свободного кислорода растительным покровом планеты и сохранение озонового слоя; поддержание постоянства концентрации углекислого газа в атмосфере; обеспечение живого населения нужными химическими веществами и необходимыми ареалами для его размещения на земной поверхности; наличие условий дальнейшего развития биологического разнообразия видов и экосистем; возникновение новых биогеохимических круговоротов, утилизирующих антропогенные загрязнения природы.
Все эти процессы пока еще обеспечивают динамическую устойчивость биосферы, возможность существования в ней жизни.
Надо заметить, что для полноты представления о строении биосферы и ее функционировании надо знать не только ее особенности (структуру, процессы и организацию), но и свойства систем более низких уровней, входящих в нее. Поэтому для характеристики свойств биосферы как самого высокого надорганизменного уровня живой материи необходимо знание свойств ее компонентов (биогеоценозов) и специфики их взаимодействия с окружающей средой. Кроме того, нужно знание свойств популяций видов, входящих в эти биогеоценозы. Нужны сведения и о природопользовательской деятельности человека, являющегося важнейшим компонентом глобальной экосистемы биосферного уровня.
Такие исследования ставят целью улучшение экологических условий существования человека, сохранение многообразия форм жизни, обеспечивающего способность биосферы к самоподдержанию своей устойчивости, а также предупреждение разрушения самой жизни.
Биосферой называют оболочку земли, в которой обитают все живые организмы. В её состав входят воздух, земля и вода, то есть атмосфера, литосфера и гидросфера. Не так давно была установлена нижняя граница биосферы — три километра вглубь почвы и два километра ниже дна океана. Верхние кордоны атмосферы определить с такой точностью нельзя, они равняются 20-35км.
Биосферу можно также назвать глобальной экосистемой
Важной ее составляющей является, так называемая, сложная система круговорота между организмами и сложными химическими веществами. Одним из основополагающих процессов в глобальной экосистеме можно смело считать фотосинтез
Также, к основным процессам относятся трофические связи организмов, находящихся в одной пищевой цепи.
В живую оболочку Земли, кроме растений, микроорганизмов, животных, входят продукты жизнедеятельности организмов, такие как, уголь, нефть.
Останки живых организмов, осадочные породы также составляют часть биосферы.
Если из данной экосистемы изъять, к примеру, воздух или воду, то вся система рушится. Это, в конечном итоге, может пагубно отразится на всей системе и вывести ее из гармонии. Строение органических веществ соответствует среде обитания, а их разнообразие говорит о многообразии пространств, в которых живут те или иные организмы.
Последние годы человечество только этим и занимается. Люди обедняют и осушают почву, уничтожают леса, истребляют животных, загрязняют воздух и воду. Тем самым нанося непоправимый вред биосфере и самим себе в частности.
Существование экосистем предполагает обмен энергетическими потоками, первым звеном в котором являются автотрофные организмы, продуцирующие органику.
Живая оболочка планеты является саморегулируемой системой, обладающей свойствами саморегуляции.
Разнообразие видов, форм жизни обуславливает стабильность и устойчивость жизненной сферы. Окружающая среда наносит отпечаток на внешний вид, строение организмов, которые проявляются в различных адаптациях, приспособлениях, ответных реакциях.
Жизнь кишит везде, все ее элементы связаны, влияют друг на друга и на природу в целом. В атмосфере живет множество животных и микроорганизмов, которые передвигаются активным или пассивным способом.
Грибные и бактериальные споры были найдены на высоте 20—22 км.
Молекулярный уровень
Замечание 1
Любая живая система, как бы сложно она не была организована,определяется на уровне функционирования биологических макромолекул — биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а так же иных важных органических веществ. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и т. п.
Молекулярная биология, молекулярная генетика, физиология, цитохимия, биохимия, биофизика, определённые разделы вирусологии, микробиологии изучают физико-химические процессы, происходящие в живом организме (синтез, разложение и взаимные преобразования белков, нуклеиновых кислот, полисахариды, липидов и других веществ в клетке; обмен веществ, энергии и информации, которые регулируют эти процессы).
Такие исследования живых систем показали, что они состоят из низко- и высокомолекулярных органических соединений, которые в неживой природе практически невозможно обнаружить. Для живых организмов наиболее характерны такие биополимеры, как белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды (жироподобные соединения) и составляющие их молекул (аминокислоты, нуклеотиды, моносахариды, жирные кислоты). Так же, на этом уровне изучается синтез, распад и взаимные преобразования этих соединений в клетках, обмен веществ, энергии и информации, регуляция данных процессов.
В результате подобных исследований было выяснено, что важнейшая особенность основных путей обмена — действие биологических катализаторов — ферментов (соединений белковой природы), которые строго избирательно влияют на скорость химических реакций. Так же изучено строение некоторых аминокислот, ряда белков и многих простых органических соединений. Установлено, что химическая энергия, которая освобождается в ходе биологического окисления (процессы дыхания, гликолиза), запасается в виде богатых на энергию соединений (в основном — аденозинфосфорные кислоты АТФ, АДФ и др.), а потом используется в процессах, которые требуют поступления энергии (мышечные сокращения, синтез и транспорт веществ). Крупным успехом стало открытие генетического кода. Выяснено, что закодированная в ДНК наследственность через белки-ферменты контролирует как структурные белки, так и все основные свойства клеток и организма в целом.
Исследования на молекулярном уровне требуют выделения и изучения всех видов молекул, входящих в состав клетки, раскрытия их взаимосвязи между собой.
Используемые методы исследования на молекулярном уровне:
- электрофорез (для разделения макромолекул с использованием их различия в зарядах);
- ультрацентрифугирование (для разделения макромолекул с использованием их различия в плотности и размерах);
- хроматография (для разделения макромолекул с использованием их различия в адсорбционных свойствах);
- рентгеноструктурный анализ (изучают взаимное пространственное расположение атомов в сложных молекулах);
- радиоизотопы (исследование путей превращения веществ, скорости их синтеза и распада);
- искусственное моделирование систем из выделенных клеточных элементов (воспроизведение процессов, идущих в клетке — все биохимические процессы в клетке происходят не в однородной смеси веществ, а на определённых клеточных структурах).