Содержание
Введение. 3
1. Общая характеристика уровней организации живой
материи. 4
2. Молекулярно-генетический уровень организации
материи. 10
3. Биосферный уровень организации материи. 12
Заключение. 16
Список литературы.. 17
Введение
Все живые организмы,
населяющие нашу планету, существуют не сами по себе, они зависят от окружающей
среды и испытывают на себе ее воздействия.
Это точно согласованный
комплекс множества факторов окружающей среды, и приспособление к ним живых
организмов обуславливает возможность существования всевозможных форм организмов
и самого различного образования их жизни.
Экология (от греческого
oikos - жилище, местообитание) - наука, изучающая взаимосвязи живых организмов
в природе:
·
организацию
и функционирование популяций;
·
биогеоценозов
и биосферы в целом;
·
законы
«здорового» состояния как нормы и основы существования жизни.
Цель работы – рассмотреть
молекулярно-генетический и биосферный уровень организации материи.
Задачи работы – дать
общую характеристику уровней организации живой материи, рассмотреть природу как
сложно организованную, иерархичную систему, выделить несколько уровней
организации живой материи.
1. Общая
характеристика уровней организации живой материи
Живая природа
представляет собой сложно организованную, иерархичную систему. Выделяют
несколько уровней организации живой материи.
1. Молекулярный. Любая
живая система проявляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул:
нуклеиновых кислот, полисахаридов, а также других важных органических веществ.
2. Клеточный. Клетка -
структурная и функциональная единица размножения и развития всех живых
организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование
вирусов лишь подтверждает это правило, т. к. они могут проявлять свойства живых
систем только в клетках.
3. Организменный.
Организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую
систему, способную к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм
образован совокупностью тканей и органов, специализированных для выполнения
различных функций.
4. Популяционно-видовой.
Под видом понимают совокупность особей, сходных по структурно-функциональной
организации, имеющих одинаковый кариотип и единое происхождение и занимающих
определенный ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих
плодовитое потомство, характеризующихся сходным поведением и определенными взаимоотношениями
с другими видами и факторами неживой природы.
Совокупность организмов
одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию
как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются
простейшие, элементарные эволюционные преобразования.
5. Биогеоценотический.
Биогеоценоз - сообщество, совокупность организмов разных видов и различной
сложности организации со всеми факторами конкретной среды их обитания -
компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы.
6. Биосферный. Биосфера -
самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. В ней выделяют живое
вещество - совокупность всех живых организмов, неживое или косное вещество и
биокосное вещество (почва).
В неживой природе
образуется множество кристаллов различной формы. Строго упорядоченные
геометрические структуры встречаются и на молекулярном уровне организации живой
материи. Например, белковые оболочки частиц некоторых вирусов имеют форму
правильных многогранников, относящихся к так называемым платоновым телам. В
этом случае геометрический порядок вообще представляется, на первый взгляд,
трудно объяснимым. Платоновы тела традиционно относят к идеалам геометрического
совершенства и гармонии. Поэтому возникает вопрос: как такое тело могло
образоваться сразу и само собой в эволюционном процессе?
Популяцией называют
группу особей одного вида, обладающих способностью свободно скрещиваться и
неограниченно долго поддерживать свое существование в определенном
местообитании. Популяция - это некоторое единство, которое определяется
общностью занимаемой особями территории (или акватории), а также общностью их
происхождения, сходством строения и поведения. Например: все особи, обитающие в
небольшом озере, или все деревья одного вида в лесу.
Наиболее близким по
значению к значению термина «популяция» является понятие «племя».
Следовательно, популяции состоят из одинаковых организмов, совместно населяющих
определенные участки и связанных между собой различными взаимоотношениями,
которые обеспечивают им устойчивое существование в данной природной среде.
Слово «популяция» происходит
от латинского «популюс» - народ, население. Экологическую популяцию, таким
образом, можно определить как население одного вида на определенной территории.
Члены одной популяции
оказывают друг на друга не меньшее взаимодействие, чем физические факторы среды
или другие обитающие совместно виды организмов. В популяциях проявляются в той
или иной степени все формы связей, характерные для межвидовых отношений, но
наиболее ярко выражены мутуалистические (взаимно полезные) и конкурентные. Во
всех случаях в популяциях действуют законы, позволяющие таким образом
использовать ограниченные ресурсы среды, чтобы обеспечить оставление потомства.
Достигается это в основном через количественное изменение населения. Популяции
многих видов обладают свойствами, позволяющими им регулировать свою
численность.
Поддержание оптимальной в
данных условиях численности называют гомеостазом популяции. Гомеостатические
возможности популяций по-разному выражены у различных видов. Осуществляются они
через взаимодействия особей.
Таким образом, популяции,
как групповые объединения, обладают рядом специфических свойств, которые не
присущи каждой отдельной особи. Групповые особенности - это основные
характеристики популяций. К ним относятся:
1) численность - общее
количество особей на выделяемой территории;
2) плотность - среднее
число особей на единицу площади или объема, занимаемого популяцией
пространства; плотность популяции можно выражать также через массу членов
популяции в единице пространства;
3) рождаемость - число
новых особей, проявившихся за единицу времени в результате размножения;
4) смертность -
показатель, отражающий количество погибших в популяции особей за определенный
отрезок времени;
5) прирост популяции -
разница между рождаемостью; прирост может быть как положительным, так и
отрицательным;
6) темп роста - средний
прирост за единицу времени.
Популяции свойственна
определенная организация. Распределение особей по территории, соотношения групп
по полу, возрасту, морфологическим, физиологическим, поведенческим и
генетическим особенностям отражают структуру популяции. Она формируется, с
одной стороны, на основе общих биологических свойств вида, а с другой - под
влиянием абиотических факторов среды и популяций других видов. Структура
популяций имеет, следовательно, приспособительный характер. Разные популяции
одного вида обладают как сходными особенностями структуры, так и
отличительными, характеризующими специфику экологических условий в местах их
обитания.
Таким образом, кроме
адаптивных возможностей отдельных особей, население вида определенной
территории характеризуется еще и приспособительными чертами групповой
организации, которые являются свойствами популяции как надиндивидуальной
системы. Адаптивные возможности вида в целом как системы популяций значительно
шире приспособительных особенностей каждой конкретной особи.
Сообщество (биоценоз) -
не просто сумма образующих его видов, но и совокупность взаимодействий между
ними. Как и популяция, сообщество имеет собственные свойства, проявляющиеся
только при изучении его самого, как, например, видовое разнообразие, структура
пищевой сети, биомасса, продуктивность. Одна из главных задач экологии -
выяснить взаимосвязи между свойствами и структурой (составом) сообщества,
которые проявляются независимо от того, какие виды входят в него.
Каждый организм живет в
окружении множества других организмов, вступает с ними в самые разнообразные
отношения, как с отрицательными, так и с положительными для себя последствиями
и в конечном счете не может существовать без этого живого окружения. Связь с
другими организмами - необходимое условие питания и размножения, возможность
защиты, смягчения неблагоприятных условий среды, а с другой стороны - это
опасность ущерба и часто даже непосредственная угроза существования
индивидуума. Всю сумму воздействий, которую оказывают друг на друга живые
существа, объединяют под названием биотические факторы среды.
Термин «биоценоз» в
современной экологической литературе чаще употребляют применительно к населению
территориальных участков, которые на суше выделяют по относительно однородной
растительности (обычно по границам растительных ассоциаций), например, биоценоз
ельника-кисличника, большого суходольного луга, сосняка-беломошника, большой
ковыльной степи, пшеничного поля и т. д. При этом имеется в виду вся
совокупность живых существ, растений, животных микроорганизмов, приспособленных
к совместному обитанию на данной территории. В водной среде различают
биоценозы, соответствующие экологическим подразделениям частей водоемов,
например, больших прибрежных галечных, песчаных или илистых грунтов,
абиссальных глубин, пелагических больших крупных водоворотов водных масс и т.п.
По отношению к более
мелким сообществам (населению стволов или листвы деревьев, моховых кочек на болотах,
нор, муравейников и т.д.) применяют разнообразные термины: «микросообщества»,
«биоценотические группировки», «биоценотические комплексы» и др.
В свою очередь эта
группировка - лишь одна из составных частей лесного биоценоза. Последний входит
в более сложные комплексы, образующие в конечном счете весь живой покров Земли.
Таким образом, организация жизни на биоценотическом уровне иерархична. С
увеличением масштабов сообществ усиливается их сложность и доля непрямых,
косвенных связей между видами.
Экосистема - это любое
сообщество живых существ вместе с его физической средой обитания, функционирующее
как единое целое.
Рассмотрение экосистемы
важно в тех случаях, когда речь идет о потоках вещества и энергии,
циркулирующих между живыми и неживыми компонентами природы, о динамике
элементов, поддерживающих существование жизни, об эволюции сообществ. Ни
отдельный организм, ни популяцию, ни сообщество в целом нельзя изучать в отрыве
от окружающей среды. Экосистема, по сути, это то, что мы называем природой.
Экосистема - понятие
очень широкое и применимо как к естественным (тундра, океан), так и к искусственным
комплексам (аквариум). Поэтому для обозначения элементарной природной
экосистемы экологи также используют термин «биогеоценоз».
Биогеоценоз - исторически
сложившаяся совокупность живых организмов (биоценоз) и абиотической среды
вместе с занимаемым ими участком земельной поверхности (биотопом). Граница
биогеоценоза устанавливается по границе растительного сообщества (фитоценоза) -
важнейшего компонента биогеоценозов. Для каждого биогеоценоза характерен свой
тип вещественно-энергетического обмена.
Итак, биогеоценоз - это
составная часть природного ландшафта и элементарная биотерриториальная единица
биосферы.
Все природные экосистемы
связаны между собой, и вместе образуют живую оболочку Земли, которую можно
рассматривать как самую большую экосистему, которая называется биосферой.
2. Молекулярно-генетический
уровень организации материи
Молекулярный уровень
организации подразумевает, что любая живая система состоит из биологических
макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов и др.
органических соединений. С молекулярного уровня начинаются основные процессы
жизнедеятельности (обмен веществ и энергии, передача наследственной информации
и т.д.).
На молекулярном уровне
исследуется роль биологически важных молекул (белки, нуклеиновый кислоты,
липиды, полисахариды и др.) в росте и развитии организмов, хранении и передачи
наследственной информации, в обмене веществ и превращении энергии в живых клетках и других явлениях.
Особенностью организации
живой материи является ее многоуровневая структура, в которой первый уровень
организменный уровень, занимают живые организмы, одноклеточные и
многоклеточные. Этот уровень называется организменным, т.к. рассматриваются
отдельные организмы, без учета их связей и взаимодействий с другими.
Минимальной живой системой на этом уровне является клетка. Остальные уровни
организации живого являются надорганизменными, т.е. они включают не только
организмы, но и связи и взаимодействия между собой и окружающей средой:
1. Первый
надорганизменный уровень популяционный уровень. Этот уровень включает в себя
совокупность особей одного вида, которые имеют единый генофонд и занимают
единую территорию. Такие совокупности или системы живых организмов составляют
единую популяцию. Популяция рассматривается как единая система, в которой идут
непрерывные взаимодействия между собой и окружающей средой. Благодаря этому
появляется способность популяции к трансформациям и развитию.
2. Второй
надорганизменный уровень составляют различные системы популяций, которые
называют биоценозами. Они являются более обширными объединениями живых существ
и в значительно большей степени зависят от небиологических факторов развития.
3. Третий
надорганизменный уровень организации содержит в качестве элементов разные
биоценозы и в еще большей степени зависит от многочисленных земных условий
(географических, климатических, гидрологических, атмосферных и т.д.).
4. Четвертый
надорганизменный уровень организации возникает из объединения самых
разнообразных биогеоценозов и называются биосферой. Представление о
молекулярно-генетическом уровне органической материи базируется на клеточной
теории строения живых тел, на исследованиях строения клетки, белков и
аминокислот. Ученые выяснили, что белки состоят из 20 аминокислот, которые
соединены длинными полипептидными связями. Хотя в состав белков человеческого
организма входят все 20 аминокислот, но совершенно необходимы для него 9 из
них. Остальные, по-видимому вырабатываются самим организмом. Характерная
особенность аминокислот человеческого организма то, что они левого вращения
(хотя в принципе существуют и правого вращения), и объяснению этому пока нет.
Если молекулы неорганических веществ построены симметрично, то важнейшим
свойством всей живой материи является их молекулярная асимметричность. Пастер
считал, что поскольку живое возникает из неживого, то необходимым
предварительным условием для этого процесса должно стать превращение
симметричных неорганических молекул в асимметричные. Такое превращение могло
быть вызвано различными космическими факторами. Наряду со структурой белка
интенсивно изучается механизм наследственности и воспроизводства живых систем.
Наиболее важным на этом пути было выделение из состава ядра нуклеиновой
кислоты, а из них ДНК и РНК. Все гены разделяются на «регуляторные», кодирующие
структуру белка, и, «структурные», кодирующие синтез метаболитов.
3. Биосферный
уровень организации материи
Биосферный уровень
организации – это совокупность всех биогеоценозов. Биосфера – это система,
которая охватывает все явления жизни на Земле. На этом уровне происходит
круговорот веществ и превращение энергии. В биосфере различают такие уровни:
аэробиосфера – она охватывает нижнюю часть атмосферы, гидробиосфера – это вся
гидросфера, террабиосфера – это поверхность суши и литобиосфера – верхние слои
литосферы. Над и под собственно биосферой (эубиосферой) лежат слои, в которые
живая материя попадает случайно, – это парабиосфера и метабиосфера. Далее
находятся слои, куда живое не может попасть даже случайно, – это апобиосфера и
абиосфера. Общая толща эубиосферы оценивается в 12–17 км (в глубь
литосферы до 2–3 км, иногда до 5–6 км, до дна Мирового океана - 11 км и над
поверхностью Земли до 6–7 км).
Биосфера – это самая
крупная экологическая система Земли. Для этого уровня организации живой материи
характерен большой круг биотического обмена веществ. В процессе эволюции в
биосфере происходила смена одних групп организмов другими, но соотношения
продуцентов, консументов и редуцентов оставалось практически одинаковым.
Существенное влияние на
биосферный уровень организации живой материи оказывает антропогенный фактор. В
процессе жизнедеятельности человека накапливаются ксенобиотики, т.е. чужеродные
для организмов химические вещества, не входящие в естественный биотический
круговорот (например, пестициды, минеральные удобрения, препараты бытовой
химии, химические лекарственные средства, радиоактивные вещества и т.д.).
Попадая в среду обитания живых организмов, ксенобиотики могут вызвать гибель
организмов, изменить наследственность, снизить иммунитет, нарушить обмен
веществ. Эти влияния в конечном счете сказываются и на биосферном уровне
организации живой материи.
Термин «биосфера» был
предложен австрийским геологом Э.Зюссом в 1875 г., а учение
о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой осуществляется совместная
деятельность всех живых организмов, создал русский ученый академик
В.И. Вернадский.
При ответе на вопрос о
взаимной связи различных уровней организации живой материи следует иметь в
виду, что каждый уровень организации обусловлен группой системообразующих
факторов, т.е. факторов, оказывающихся ведущими в формировании данной системы
(например, вода – системообразующий фактор в формировании водных экосистем).
Но, по сути, всегда имеется группа взаимосвязанных системообразующих факторов
(в отношении воды – это температура, соленость, осмотическое давление воды).
Объединяющим фактором в пределах каждого уровня организации является обмен
веществ и энергии, характерный для этого уровня. Однако несмотря на
специфичность каждого из уровней организации, все они взаимосвязаны и
подчиняются общим закономерностям существования живой материи. Каждый
последующий уровень организации является следствием предыдущего (например,
клеточный уровень организации вытекает из молекулярного уровня). Фактором,
объединяющим все уровни организации в единое целое – биосферу, – является
биотический обмен веществ.
Особенности биосферного
уровня организации материи. Развитие традиционных принципов в биологии. Живое и
неживое.
Все объекты природы (живой
и неживой) можно представить в виде систем, обладающими особенностями,
характеризующими их уровень организации. Концепция структурных уровней живой
материи включает представления системности и связанной с ней органической
целостностью живых организмов. Живая материя дискретна, т. е. делится на
составные части более низкой организации, имеющие определенные функции.
Биосфере присуща
хиральность (сохранение только одной из двух возможных пространственных
структур: L-, D-структуры). Две основополагающие жизненные системы: обмена
вещества и воспроизводства материальных основ живой клетки. Жизнь – одна из
самых высоких известных человеку форм упорядоченности вещества. Этапы
перехода от неживого к живому:
1.синтез исходных
органических соединений из неорганических веществ.
2.формирование в
первичных водоемах из органич.соединений биополимеров, липоидов, углеводородов.
3.самоорганизация сложных
органических соединений, затем образование простейшей клетки.
Биология – совокупность
наук о живой природе – об огромном разнообразии вымерших и ныне населяющих
Землю живых существ, их строении и функциях, распространении и развитии, связанных
друг с другом и с неживой природой. На начальном этапе развития биология была
традиционной, т.е. носила описательный характер. Объект ее изучения – живая
природа в естественном состоянии и целостности. Большой вклад в традиц.
биологию внес Карл Линней. Наиболее значительное ее достижение – классификация
растительного и животного мира. Ее научный материал накапливается в результате
непосредственного наблюдения объекта изучения – живой природы.
Структурные уровни
организации материи в биологии. Принципы систематики простейших организмов,
растений и животных.
С учетом уровня
организации можно рассматривать иерархию структур организации материальных
объектов живой и неживой природы. Такая иерархия структур начинается с
элементарных частиц и заканчивается живыми сообществами. Концепция структурных
уровней впервые была предложена в 20-х гг. 19 вв. В соответствии с ней
структурные уровни различаются не только по классам сложности, но и по
закономерностям функционирования. Концепция включает в себя иерархию структурных
уровней, в которой каждый последующий уровень входит в предыдущий.
Линней создал систему
растительного и животного мира и построил наиболее удачную классификацию,
которая производилась по определенным признакам, отражающим закономерности,
наблюдаемые в живой природе. По таким признакам растения объединились в группы,
называемые таксонами. Линней ввел бинарную номенклатуру для обозначения рода и
вида.
Мишель Адансон предложил
принцип классификации растений по сходству максимального числа признаков с
применением математических методов. Естественные системы создаются как правило
в рамках какой-либо концепции, включающей принцип нахождения генеалогического
родства и установления преемственности происхождения.
Заключение
Непосредственно живое
окружение организма составляет его биоценотическую среду.
Представители каждого
вида способны существовать лишь в таком живом окружении, где связи с другими
организмами обеспечивают им нормальные условия жизни.
Иными словами,
многообразные живые организмы встречаются на земле не в любом сочетании, а
образуют определенные сожительства или сообщества, в которые входят виды,
приспособленные к совместному обитанию. Группировки совместно обитающих и
взаимно связанных организмов называют биоценозами (от латинского bios - жизнь,
cenos - общий).
Приспособленность членов
биоценоза к совместной жизни выражается в определенном сходстве требований к
важнейшим абиотическим условиям среды и закономерных отношений друг с другом.
Масштабы биоценотических
группировок организмов очень различны, от сообществ подушек лишайников на
стволах деревьев или разлагающегося пня до населения целых ландшафтов: лесов,
степей, пустынь и т.п.
Принципиальной разницы
между биоценотическими группировками разных масштабов нет. Более мелкие
сообщества входят составной, хотя и относительно автономной частью в более
крупные, а те, в свою очередь, являются частями сообществ еще больших
масштабов. Так, все живое население моховых и лишайниковых подушек на стволе
дерева - это часть более крупного сообщества организмов, связанных с данным
деревом и включающего его подкоровых и наствольных обитателей, население кроны,
ризосферы и т.п.
Список
литературы
- Естествознание
/ Под ред. И.И. Михайлова. М.: ЛИГА-ПРЕСС, 2003.
- Кролев
С.Ю. Естествознание. М.: Издательство «ВЕЧЕ», 2000.
- Непомнящий
С.С. Естествознание. Ростов н/Д: «Феникс», 2004.
- Потев
М.И Экология: Учебник для ВУЗов. СПб: Питер, 2000.
- Прохоров
А.М. Естествознание. М.: Приор, 2003.