на каком уровне организации жизни проходит граница между живым и неживым
Биология
Уровни организации живых систем
Каждый уровень организации характеризуется определенным строением (химическим, клеточным или организменным) и соответствующими свойствами.
Каждый следующий уровень обязательно содержит в себе все предыдущие.
Давайте разберем каждый уровень подробно.
8 уровней организации живой природы
1. Молекулярный уровень организации живой природы
Химический состав клеток: органические и неорганические вещества,
Молекулярный уровень затрагивает все биохимические процессы, которые происходят внутри любого живого организма — от одно- до многоклеточных.
На этом уровне жизни изучаются явления, связанные с изменениями (мутациями) и воспроизведением генетического материала, обменом веществ.
Науки, которые изучают живые организмы именно на этом уровне:
Молекулярная биология, молекулярная генетика
2. Клеточный уровень организации живой природы
Включает в себя предыдущий — молекулярный уровень организации.
На этом уровне уже появляется термин «клетка» как «мельчайшая неделимая биологическая система»
Обмен веществ и энергии данной клетки (разный в зависимости от того, к какому царству принадлежит организм);
Синтез специфических органических веществ; регуляция химических реакций; деление клеток; вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы
Науки, изучающие клеточный уровень организации: цитология, генетика, эмбириология
Генетика и эмбриология изучают этот уровень, но это не основной объект изучения.
3. Тканевый уровень организации:
Включает в себя 2 предыдущих уровня — молекулярный и клеточный.
Обмен веществ; раздражимость
Этот уровень можно назвать «многоклеточным» — ведь ткань представляет собой совокупность клеток со сходным строением и выполняющих одинаковые функции.
4. Органный (ударение на первый слог) уровень организации жизни
У одноклеточных органы — это органеллы — есть общие органеллы — характерные для всех эукариотических или прокариотических клеток, есть отличающиеся.
У многоклеточных организмов клетки общего строения и функций объединены в ткани, а те, соответственно, в органы, которые, в свою очередь, объединены в системы и должны слаженно взаимодействовать между собой.
Пищеварение; газообмен; транспорт веществ; движение и др.
Тканевый и органный уровни организации — изучают науки: ботаника,
зоология, анатомия, физиология, медицина
5. Организменный уровень
Включает в себя все предыдущие уровни: молекулярный, клеточный, тканевый уровни и органный.
На этом уровне идет деление Живой природы на царства — животных, растений и грибов.
Характеристики этого уровня: Обмен веществ (как на уровне организма, так и на клеточном уровне тоже )
Обмен веществ; раздражимость; размножение; онтогенез. Нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности. Обеспечение гармоничного соответствия организма его среде обитания
Науки: анатомия, генетика, морфология, физиология
6. Популяционно-видовой уровень организации жизни
Включает молекулярный, клеточный, тканевый уровни, органный и организменный.
Если несколько организмов схожи морфологически (проще говоря, одинаково устроены), и имеют одинаковый генотип, то они образуют один вид или популяцию.
Генетическое своеобразие; взаимодействие между особями и популяциями; накопление элементарных эволюционных преобразований; выработка адаптации к меняющимся условиям среды
Основные процессы на этом уровне:
Взаимодействие организмов между собой (конкуренция или размножение)
Науки, изучающие этот уровень: популяционная генетика, эволюционистика, экология
7. Биогеоценотический уровень организации жизни
На этом уровне уже учитывается почти все:
Пищевое взаимодействие организмов между собой — пищевые цепи и сети
Биологический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь; подвижное равновесие между живым населением и абиотической средой; обеспечение живого населения условиями обитания и ресурсами
Наука, изучающая этот уровень — Экология
8. Биосферный уровень организации живой природы
Активное взаимодействие живого и неживого (косного) вещества планеты; биологический глобальный круговорот; активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы
Он включает в себя:
Взаимодействие как живых, так и неживых компонентов природы
Урок Бесплатно Уровни организации живых систем
Введение
Также ученые стремятся рассмотреть отдельные составляющие организма, проследить взаимодействие этих составляющих друг на друга и их влияние на отдельный субъект. Изучая внутренние органы животных, исследователи пытаются понять, как один орган влияет на другой (например, как головной мозг регулирует деятельность остальных органов).
То есть биология пытается развить представление о целостности живой природы на основе анализа и синтеза, поэтому учеными были выделены уровни организации живых организмов для понимания устройства и взаимодействия всего живого и неживого.
Существование жизни на всех уровнях подготавливается и определяется структурой низшего уровня, то есть характер клеточного уровня организации определяется молекулярным, характер организменного- клеточным уровнем.
Например, сердце формируется благодаря особому строению и функциям мышечных клеток, которое было определено их молекулярным строением.
Деление живого на уровни весьма условно, оно просто отражает системный подход в изучении природы.
Каждый отдельный уровень изучает соответствующий отдел науки о живом: молекулярной биологии, цитологии, генетики, анатомии, физиологии, экологии и других наук.
Выделяют три большие группы уровней организации:
Суборганизменный уровень включает, в свою очередь, пять уровней: атомарный, молекулярный, субклеточный, клеточный, тканевый, органный.
Организменный (или онтогенетический) уровень- это сам организм.
Надорганизменный уровень включает в себя три подуровня: популяционно- видовой, биогеоценотический, биосферный.
Мы с вами изучим основные уровни организации живых систем:
Суборганизменные уровни организации
1. Молекулярный уровень организации жизни
Молекулярный уровень можно назвать первым и наименьшим, но именно он является определяющим в строении и функции последующих уровней организации, то есть это как бы основа всех дальнейших уровней.
Формируют этот уровень молекулы белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, которые сами по себе вне клеточных структур не являются живыми, но именно они создают надмолекулярные клеточные структуры, в которых проявляются отдельные, но очень важные признаки жизни.
Благодаря изучению молекулярного уровня можно понять, как протекали процессы зарождения и эволюции жизни на нашей планете, каковы молекулярные основы наследственности, основы последовательных биохимических реакций в организме.
Компоненты молекулярного уровня: молекулы неорганических и органических соединений, молекулярные комплексы химических соединений (клеточная мембрана или мембраны ядра).
Основные процессы молекулярного уровня:
Науки, ведущие исследования на этом уровне:
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Атомный (элементарный) уровень: на нем рассматривается роль отдельных химических элементов в живом организме (Fe, F, I, Se, Na).
Субклеточный уровень образован органеллами клетки (митохондриями, хлоропластами, рибосомами, лизосомами), ядром, хромосомами и другими субклеточными структурами.
На уровне субклеточных (надмолекулярных) структур ученые изучают строение и функции органелл, а также других включений клетки
2. Клеточный уровень организации жизни
Единицей этого уровня является клетка (клетки бактерий, цианобактерий, одноклеточных животных и водорослей, одноклеточных грибов (мукор, дрожжи), клеток многоклеточных организмов)).
Клетка- это структурная и функциональная единица всего живого.
Более подробную информацию о клетке вы можете узнать из урока «Клетка- основа жизни».
Именно на этом уровне прослеживаются все признаки живого (размножение, рост, обмен веществ, раздражение и другие признаки).
Клетка также является минимальной единицей живого, способной к самостоятельному существованию либо в виде одноклеточных организмов, либо в тканях многоклеточного организма.
Если говорить об организмах одноклеточных, то к таковым мы можем отнести бактерии и простейшие (амеб, эвглен, инфузорий), среди грибов к одноклеточным относятся дрожжи и мукор.
Если рассматривать многоклеточных организмов, то количество клеток в их организме может быть очень велико, и эти клетки могут сильно отличаться по строению, хоть и находятся в одном организме. Например, посмотрим на нервную и мышечную клетки человека:
Вне клетки жизни нет. Такие организмы, как вирусы, подтверждают это правило, потому что они могут проявлять признаки живого и реализовывать свою наследственную информацию только тогда, когда попали в живую клетку.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Стволовыми клетками называются незрелые клетки особого типа, способные развиваться во все виды клеток, составляющих различные ткани организма.
Стволовые клетки в организме находятся как бы в спящем состоянии, у них замедлен обмен веществ.
Они являются резервом организма в случае возникновения различных стрессовых ситуаций (травмы, ранения, болезни).
После «активации» они служат «материалом» для восстановления (регенерации) пораженных органов или тканей.
Также стволовые клетки необходимы для непрерывно происходящей в организме физиологической регенерации (замена старых клеток на новые).
Ученые полагают, что из стволовых клеток в отдаленной перспективе можно будет выращивать практически любую ткань, что может помочь лечению многих заболеваний.
Компоненты клеточного уровня: комплексы молекул химических соединений и органеллы клетки.
Основные процессы клеточного уровня:
Науки, ведущие исследования на клеточном уровне:
3. Тканевый уровень организации жизни
Единицей этого уровня является ткань.
Ткань— это совокупность клеток и межклеточного вещества, объединенных общностью происхождения, строения и выполняемых функций.
Ткани возникли в ходе эволюционного развития вместе с многоклеточностью организмов.
В ходе онтогенеза ткани образуются на ранних стадиях эмбрионального развития благодаря дифференциации клеток.
Дифференциация клеток- процесс, в результате которого клетка становится специализированной, то есть приобретает химические, морфологические и функциональные особенности, свойственные только для нее.
У животных различают несколько типов тканей: эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная.
У растений выделяют следующие виды тканей: образовательная, основная (фотосинтезирующая), проводящая (флоэма, ксилема), покровная, механическая.
На этом уровне происходит специализация клеток.
Более подробно вы можете узнать о тканях из наших уроков: «Ткани растений» и «Ткани животных».
Компоненты тканевого уровня: клетки и межклеточная жидкость.
Основные процессы тканевого уровня: процессы, характерные для того или иного вида тканей (гомеостаз, регенерация).
Наука, ведущая исследования на тканевом уровне:
4. Органный уровень организации жизни
Составляют этот уровень органы многоклеточных организмов.
Орган- это обособленная часть организма, имеющая определенную форму, строение, расположение и выполняющая конкретную функцию.
Орган чаще всего образован несколькими видами тканей, среди которых одна (две) преобладает.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
У простейших организмов, конечно же, нет тканей и органов, так как они состоят всего из одной клетки, но функции пищеварения, дыхания, циркуляция веществ, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счет различных органелл в их клетках.
Организменный уровень организации жизни
Все живое на Земле существует в виде обособленных субъектов- особей, которые формируют организменный уровень.
При изучении одноклеточных организмов ученые отмечают то, что особью является каждая отдельная клетка, например, бактерия, простейшие (амеба, инфузория, эвглена), то есть это организмы, которые одновременно могут представлены и клеточным и организменным уровнем организации.
Компоненты органного уровня: клетки одноклеточных; клетки и ткани, из которых образованы органы многоклеточных организмов.
Основные процессы органного уровня:
Науки, ведущие исследования на органном уровне:
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Биометрия- система распознавания людей по одной или более физическим или поведенческим чертам (трёхмерная фотография лица или тела, образец голоса, отпечатки пальцев, рисунок вен руки, группа крови, специальное фото роговицы глаза и так далее).
К примеру, в Китае активно используется технология распознавания лиц в различных областях, начиная от оплаты покупок до общественной безопасности.
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Уровни организации жизни на Земле: примеры кратко
Уровни организации живой природы
Иерархическая структура живых объектов выражается в соподчиненности элементов, взаимодействие которых формирует более высокий уровень организации. Наименее сложной структурой, обладающей всеми признаками живого объекта, является клетка, именно поэтому ее называют структурно-функциональной (элементарной) единицей жизни. Наиболее сложным биологическим объектом на Земле является биота экосистем разного иерархического уровня вплоть до биосферного. Для живой природы характерны разные уровни организации ее структур, между которыми существует сложное соподчинение. Жизнь на каждом уровне изучают соответствующие отрасли биологии. Самый нижний, наиболее древний уровень — это уровень молекулярных структур жизни. Здесь проходит граница между живым и неживым.
Выше лежит клеточный уровень жизни. И клетка, и заключенные в ней молекулярные структуры в главных чертах строения у всех организмов сходны. Органо-тканевой уровень характерен только для многоклеточных организмов, у которых клетки и образованные из них части организма достигли высокой степени структурной и функциональной специализации. Следующий уровень — уровень целостного организма. Как бы ни различались организмы между собой, их объединяет то, что они все состоят из клеток. Вид и входящие в него популяции объединяют принадлежащие им организмы и составляют более сложный уровень организации жизни — видовой уровень. Здесь действуют свои законы — законы внутривидовых отношений организмов.
Наконец, еще более высоким уровнем является уровень биоценозов, то есть сообществ всех видов, населяющих ту или иную территорию или акваторию. На этом уровне действуют законы межвидовых отношений. Совокупность всего живого, населяющего Землю, составляет биосферу. Это высший уровень организации жизни. Законы, характерные для более высоких уровней организации живого мира, не исключают действия законов, присущих более низким уровням. Иерархическая структура является признаком высокой упорядоченности биологических систем. Общая биология изучает законы, характерные для всех уровней организации жизни.
Выделяют следующие уровни организации жизни: молекулярный, клеточный, органно-тканевой (иногда их разделяют), организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный. Живая природа представляет собой систему, а различные уровни ее организации формируют ее сложное иерархическое строение, когда нижележащие более простые уровни определяют свойства вышележащих.
Так сложные органические молекулы входят в состав клеток и определяют их строение и жизнедеятельность.
У многоклеточных организмов клетки организованы в ткани, несколько тканей образуют орган. Многоклеточный организм состоит из систем органов, с другой стороны, организм сам является элементарной единицей популяции и биологического вида. Сообщество представляется собой взаимодействующие популяции разных видов. Сообщество и окружающая среда формируют биогеоценоз (экосистему). Совокупность экосистем планеты Земля образует ее биосферу.
На каждом уровне возникают новые свойства живого, отсутствующие на нижележащем уровне, выделяются свои элементарные явления и элементарные единицы.
При этом во многом уровни отражают ход эволюционного процесса.
Выделение уровней удобно для изучения жизни как сложного природного явления.
Рассмотрим подробнее каждый уровень организации жизни.
Молекулярный уровень
Хотя молекулы состоят из атомов, отличие живой материи от неживой начинает проявляться только на уровне молекул.
Только в состав живых организмов входит большое количество сложных органических веществ – биополимеров (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот).
Однако молекулярный уровень организации живого включает и неорганические молекулы, входящие в клетки и играющие важную роль в их жизнедеятельности.
Функционирование биологических молекул лежит в основе живой системы. На молекулярном уровне жизни проявляется обмен веществ и превращение энергии как химические реакции, передача и изменение наследственной информации (редупликация и мутации), а также ряд других клеточных процессов.
Иногда молекулярный уровень называют молекулярно-генетическим.
Клеточный уровень жизни
Именно клетка является структурной и функциональной единицей живого.
Вне клетки жизни нет. Даже вирусы могут проявлять свойства живого, лишь оказавшись в клетке хозяина. Биополимеры в полной мере проявляют свою реакционную способность будучи организованы в клетку, которую можно рассматривать как сложную систему взаимосвязанных в первую очередь различными химическими реакциями молекул.
На этом клеточном уровне проявляется феномен жизни, сопрягаются механизмы передачи генетической информации и превращения веществ и энергии.
Органно-тканевой
Ткани есть только у многоклеточных организмов.
Ткань представляет собой совокупность сходных по строению и функциям клеток.
Ткани образуются в процессе онтогенеза путем дифференцировки клеток имеющих одну и ту же генетическую информацию. На этом уровне происходит специализация клеток.
У растений и животных выделяют разные типы тканей.
Так у растений это меристема, защитная, основная и проводящая ткани. У животных — эпителиальная, соединительная, мышечная и нервная.
Самым нижним уровнем организации живых систем является
Ткани могут включать перечень подтканей.
Орган обычно состоит из нескольких тканей, объединенных между собой в структурно-функциональное единство.
Органы формируют системы органов, каждая из которых отвечает за важную для организма функцию.
Органный уровень у одноклеточных организмов представлен различными органеллами клетки, выполняющими функции переваривания, выделения, дыхания и др.
Организменный уровень организации живого
Наряду с клеточным на организменном (или онтогенетическом) уровне выделяются обособленной структурные единицы.
Ткани и органы не могут жить независимо, организмы и клетки (если это одноклеточный организм) могут.
Многоклеточные организмы состоят из систем органов.
На организменном уровне проявляются такие явления жизни как размножение, онтогенез, обмен веществ, раздражимость, нервно-гуморальная регуляция, гомеостаз.
Другими словами, его элементарные явления составляют закономерные изменения организма в индивидуальном развитии.
Элементарной единицей является особь.
Популяционно-видовой
Организмы одного вида, объединенные общим местообитанием, формируют популяцию.
Вид обычно состоит из множества популяций.
Популяции имеют общий генофонд. В пределах вида они могут обмениваться генами, т. е. являются генетически открытыми системами.
В популяциях происходят элементарные эволюционные явления, приводящие в конечном итоге к видообразованию. Живая природа может эволюционировать только в надорганизменных уровнях.
На этом уровне возникает потенциальное бессмертие живого.
Биогеоценотический уровень
Биогеоценоз представляет собой взаимодействующую совокупность организмов разных видов с различными факторами среды их обитания.
Элементарные явления представлены вещественно-энергетическими круговоротами, обеспечиваемыми в первую очередь живыми организмами.
Роль биогеоценотического уровня состоит в образовании устойчивых сообществ организмов разных видов, приспособленных к совместному проживанию в определенной среде обитания.
Биосфера
Биосферный уровень организации жизни — это система высшего порядка жизни на Земле. Биосфера охватывает все проявления жизни на планете.
На этом уровне происходит глобальный круговорот веществ и поток энергии (охватывающий все биогеоценозы).
Биосферный уровень организации жизни
Молекулярный уровень организации жизни
Представлен разнообразными молекулами, находящимися в живой клетке.
o Молекулы неорганических и органических соединений
o Молекулярные комплексы
2. Основные процессы
o Объединение молекул в особые комплексы
o Кодирование и передача генетической информации
3. Науки, ведущие исследования на этом уровне
o Молекулярная биология
o Молекулярная генетика
Клеточный уровень организации жизни
Представлен разнообразными органическими клетками.
Клетка — структурная и функциональная единица, а также единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле.
o Клетка, её строение, специализация и функции
2. Основные процессы
o Онтогенез клетки
3. Науки, ведущие исследования на этом уровне
Тканевый уровень организации жизни
Тканевый уровень представлен тканями, объединяющими клетки определённого строения, размеров, расположения и сходных функций.
Ткани возникли в ходе исторического развития вместе с многоклеточностью. У многоклеточных организмов они образуются в процессе онтогенеза как следствие дифференцировки клеток. У животных различают несколько типов тканей (эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная).
У растений различают меристематическую, защитную, основную и проводящую ткани. На этом уровне происходит специализация клеток.
1. Науки, ведущие исследования на этом уровне
Организменный (онтогенетический) уровень организации жизни
Представлен одноклеточными и многоклеточными организмами растений, животных, грибов и бактерий.
o Клетка — основной структурный компонент организма. Из клеток образованы ткани и органы многоклеточного организма
2. Основные процессы
o Обмен веществ (метаболизм)
o Нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности
3. Науки, ведущие исследования на этом уровне
o Биология развития
Популяционно-видовой уровень организации жизни
Представлен в природе огромным разнообразием видов и их популяций.
o Группы родственных особей, объединённых определённым генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой
2. Основные процессы
o Генетическое своеобразие
o Взаимодействие между особями и популяциями
o Накопление элементарных эволюционных преобразований
o Осуществление микроэволюции и адаптация к изменяющейся среде
o Увеличение биоразнообразия
Науки, ведущие исследования на этом уровне
o Генетика популяций
Биогеоценотический уровень организации жизни
Биогеоценоз — совокупность живых организмов разного уровня организации, проживающих на одной территории, и факторов окружающей среды, влияющих на них. В биогеоценозе выделяют два компонента: биоценоз и экотоп. Биоценоз — совокупность живых организмов различных систематических групп, обитающих на одной территории. Экотоп — совокупность факторов среды, воздействующих на биоценоз.
o Популяции различных видов
o Пищевые цепи, потоки веществ и энергии
o Биохимический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь
o Подвижное равновесие между живыми организмами и абиотической средой (гомеостаз)
o Обеспечение живых организмов условиями обитания и ресурсами (пищей и убежищем)
3. Науки, ведущие исследования на этом уровне
Биосферный уровень организации жизни
Представлен высшей, глобальной формой организации биосистем — биосферой.
o Антропогенное воздействие
2. Основные процессы
o Активное взаимодействие живых и неживых веществ планеты
o Биологический глобальный круговорот веществ и энергии
o Активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы, его хозяйственная и этнокультурная деятельность
Науки, ведущие исследования на этом уровне
o Глобальная экология
o Космическая экология
o Социальная экология
Биологические системы, биологические объекты различной сложности (клетки и ткани, органы, системы органов и организмы, биоценозы и экосистемы, вплоть до биосферы в целом), имеющие, как правило, несколько уровней структурно-функциональной организации.
Представляя собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, биологические системы обладают свойствами целостности (несводимость свойств системы к сумме свойств её элементов), относительной устойчивости, а также способностью к адаптации по отношению к внешней среде, развитию, самовоспроизведению и эволюции.
Любая биологическая система является динамической — в ней постоянно протекает множество процессов, часто сильно различающихся во времени.
В то же время биологические системы — открытые системы, условием существования которых служит обмен энергией, веществом и информацией как между частями системы (или подсистемами), так и с окружающей средой. Важнейшая особенность биологических систем заключается в том, что такой обмен осуществляется под контролем специальных механизмов реализации генетической информации и внутреннего управления, которые позволяют избежать «термодинамической смерти» путём использования энергии, извлекаемой из внешней среды.
Устойчивость стационарных состояний биологических систем (сохранение постоянства внутренних характеристик на фоне нестабильной или изменяющейся внешней среды), а также способность их к переходу из одного состояния в другое (свойство неустойчивости стационарных состояний биологических систем) обеспечиваются многообразными механизмами саморегуляции. В основе саморегуляции биологических систем лежит принцип обратной связи, отрицательной или положительной.
Так, в цепи регулирования с отрицательной обратной связью информация об отклонении регулируемой величины от заданного уровня включает в действие регулятор, который воздействует на регулируемый объект таким образом, что регулируемая величина возвращается к исходному уровню (знак изменения её обратен знаку первоначального отклонения). Этот механизм, а также более сложные комбинации нескольких механизмов могут функционировать на разных уровнях организации биологических систем (например, на молекулярном — ингибирование ключевого фермента при избытке конечного продукта или репрессия синтеза ферментов, на клеточном — гормональная регуляция и контактное угнетение, обеспечивающие оптимальную плотность клеточной популяции; на уровне организма — регуляция содержания глюкозы в крови, а в общем случае гомеостаз, обеспечивающий стабильность внутренней среды организма).
Специальные механизмы положительной обратной связи (воздействие на регулируемый объект вызывает изменение, совпадающее по знаку с первоначальным отклонением регулируемой величины, вследствие чего система выходит из данного стационарного состояния) лежат в основе перехода биологических систем из одного стационарного состояния в другое и основанных на этих переходах закономерных изменениях биологических систем, обеспечивающих их адаптацию к изменяющимся внешним условиям, перемещение, другие многообразные активные функции биологических систем и их эволюцию.
Сложные автономные (независимые от среды) движения биологических систем возможны благодаря множественности стационарных состояний биологических систем, между которыми могут совершаться переходы.
В некоторых случаях новое состояние оказывается не стационарным, а автоколебательным, то есть таким, в котором значения показателей колеблются во времени с постоянной амплитудой. Такие явления лежат в основе периодических процессов в биологических системах, временной организации биологических систем, в основе функционирования биологических часов.
Систематика изучает биологическое разнообразие организмов. Основная цель любого систематического исследования — классификация существующего (и существовавшего ранее) многообразия и установление родственных и эволюционных отношений между видами и другими группами организмов (таксонами).
Задача систематики — каталогизация, сопоставление и анализ признаков организмов и создание на этой основе классификационной системы, которая отражала бы эволюционные взаимоотношения между организмами, являлась бы отражением эволюционного процесса.
Классификационная система подразделяется на соподчиненные друг другу систематические категории, или единицы, — таксоны.
Таксо́н (лат. taxon, мн. ч. taxa; от др.-греч. τάξις «порядок, устройство, организация») — группа в классификации, состоящая из дискретных* объектов, объединяемых на основании общих свойств и признаков.
Классификационные системы, использующие понятие «таксона», обычно носят иерархический характер; применяются они в языкознании, библиографии и других науках, но прежде всего в биологии, а именно — в биологической систематике.
Основная таксономическая категория, используемая в биологической систематике, — вид.
Специфика каждого вида выражена морфологически и служит выражением его генетических особенностей. Близкие виды образуют роды, близкие роды — семейства, семейства — порядки, порядки — классы, классы — отделы, и, наконец, отделы образуют царства органического мира.
Каждое растение принадлежит к ряду последовательно соподчиненных таксонов. Это иерархическая система классификации.
В биологии любое научное название вида (в том числе и вида растений) состоит из двух латинских слов (является бинарным): и него входят название рода и видовой эпитет.
Например, паслён чёрный (Solanum nigrum). Каждый род (в том числе род Паслён) содержит в своем составе определенное количество видов, отличающихся друг от друга своей морфологией, биохимией, экологией, ролью в растительном покрове и другими свойствами.
Бинарные латинские названия растений приняты научным сообществом, понятны специалистам разных стран и закреплены в Международных номенклатурных кодексах, регулирующих и определяющих таксономические правила.
В научных публикациях следует пользоваться международной номенклатурой, а не местными названиями растений. Основателем бинарной номенклатуры является выдающийся шведский естествоиспытатель Карл Линней (1707-1778), который в 1753 г.опубликовал свой труд «Species plantarum» («Виды растений»).
Основные таксономические категории следующие:
Положение вышеназванного вида (паслён чёрный) в современной классификационной системе таково:
Видовое название необходимо сопровождать фамилией автора, который впервые дал научное описание вида и ввел его название в научный обиход: Solanum nigrum L. (L. — аббревиатура фамилии Линнея — Linnaeus).
Дискре́тность (от лат. discretus — разделённый, прерывистый) — свойство, противопоставляемое непрерывности, прерывность.
Дискретность — всеобщее свойство материи, под дискретностью понимают:
1. Нечто, изменяющееся между несколькими различными стабильными состояниями, например механические часы, которые передвигают минутную стрелку дискретно (скачкообразно) на 1/60 часть окружности
2. Нечто, состоящее из отдельных частей, прерывистость, дробность. Например, дискретный спектр, дискретные структуры, дискретные сообщения.
3. Структуры описываемые через квантование и уровни организации в пространственно-временном континууме в виде процессов и явлений дробной мерности, дискретности времени и пространства, как свойство материи: молекулы, атомы, лептоны, кванты.
Наряду с признаками, наследуемыми независимо, обнаружены признаки, наследуемые совместно (сцепленно). Экспериментальное наследование этого явления, проведенное Т.Г. Морганом и его группой (1910-1916), подтвердило хромосомную локализацию генов и легло в основу хромосомной теории наследственности.
Хромосомная теория наследственности.
В работах на плодовой мушке Drosophilamelanogaster было установлено, что гены по признаку совместной их передачи потомкам подразделяются на 4 группы.
Число таких групп сцепления равно количеству хромосом в гаплоидном наборе. Можно заключить, что развитие признаков, которые наследуются сцепленно, контролируется генами одной хромосомы.
Этот вывод обосновывается также данными следующих наблюдений.
Скрещивание серой мухи (В) с нормальными крыльями (V) и черной мухи (в) с зачаточными крыльями (v) дает в 1-ом поколении серых гибридов с нормальными крыльями. При скрещивании самца-гибрида 1-го поколения с черной самкой с зачаточными крыльями рождаются особи 2 видов, аналогичных исходным родительским формам, причем в равном количестве.
Основные положения хромосомной теории наследственности, сформулированной Т.Г.
Морганом, заключаются в следующем:
1. Гены располагаются в хромосомах; различные хромосомы содержат неодинаковое число генов каждой из негомологичных хромосом уникален.
2. Аллельные гены занимают определенные и идентичные локусы гомологичных хромосом.
3. В хромосоме гены располагаются в определенной последовательности по ее длине в линейном порядке.
4. Гены одной хромосомы образуют группу сцепления, благодаря чему имеет место сцепленное наследование некоторых признаков; сила сцепления находится в обратной зависимости от расстояния между генами.
Каждый биологический вид характеризуется специфичным набором хромосом — кариотипом.
Фенотип как результат реализации генотипа в конкретных условиях среды. Среда первого и второго порядка. Экспрессивность и пенетрантность признака.
Фенотип — совокупность всех признаков и свойств особи, формирующихся в процессе взаимодействия её генетической структуры (генотипа) и внешней, по отношению к ней, среды.
Термин «Фенотип» введён В. Йогансеном в 1903. В фенотипе не реализуются все генотипические возможности, и он является лишь частным случаем реализации генотипа в конкретных условиях. Поэтому даже между однояйцовыми близнецами, имеющими полностью идентичные генотипы, можно выявить заметные фенотипические различия, если они развивались в разных условиях. Однозначного соответствия между генотипом и фенотипом нет: изменения генотипа не всегда сопровождаются изменением фенотипа, а изменения фенотипа не обязательно связаны с изменениями генотипа.
В процессе микроэволюции отбор идёт по фенотипам особей. Тем самым в популяциях сохраняются особи либо с широкой нормой реакции, пределы которой определяются генотипом, либо особи нужного фенотипа, определяемого генотипом достаточно жёстко. При наличии в популяции особей разного генотипа отбор по фенотипу приводит опосредованно к отбору по генотипу. При отсутствии генотипической изменчивости отбор по фенотипу не даёт результатов, что было продемонстрировано экспериментально В.
Йогансеном в опытах по отбору в чистых линиях.
Экспрессивность – степень фенотипического проявления аллеля. Например, аллели групп крови АВ0 у человека имеют постоянную экспрессивность (всегда проявляются на 100%), а аллели, определяющие окраску глаз, – изменчивую экспрессивность. Рецессивная мутация, уменьшающая число фасеток глаза у дрозофилы, у разных особей по разному уменьшает число фасеток вплоть до полного их отсутствия.
Пенетрантность – вероятность фенотипического проявления признака при наличии соответствующего гена.
Например, пенетрантность врожденного вывиха бедра у человека составляет 25%, т.е. болезнью страдает только 1/4 рецессивныхгомозигот. Медико-генетическое значение пенетрантности: здоровый человек, у которого один из родителей страдает заболеванием с неполной пенетрантностью, может иметь непроявляющийся мутантный ген и передать его детям.
Уровни организации органического мира
Уровни организации органического мира – дискретные состояния биологических систем, характеризующиеся соподчиненностью, взаимосвязанностью, специфическими закономерностями.
Структурные уровни организации жизни чрезвычайно многообразны, но основными являются молекулярный, клеточный, онтогенетический, популяционно-видовой, бигиоценотический и биосферный.
1.Молекулярно-генетический уровень жизни. Важнейшими задачами биологии на этом этапе является изучение механизмов передачи генной информации, наследственности и изменчивости.
Существует несколько механизмов изменчивости на молекулярном уровне.
Важнейшим из них является механизм мутации генов – непосредственное преобразование самих генов под воздействием внешних факторов.
Факторами, вызывающими мутацию, являются: радиация, токсические химические соединения, вирусы.
Еще один механизм изменчивости – рекомбинация генов. Такой процесс имеет место при половом размножении у высших организмов.
При этом не происходит изменения общего объема генетической информации.
Еще один механизм изменчивости был открыт лишь в 1950 –е гг. Это – неклассическая рекомбинация генов, при котором происходит общее увеличение объема генетической информации за счет включения в геном клетки новых генетических элементов.
Чаще всего эти элементы привносятся в клетку вирусами.
2. Клеточный уровень. Сегодня наукой достоверно установлено, что наименьшей самостоятельной единицей строения, функционирования и развития живого организма является клетка, которая представляет собой элементарную биологическую систему, способную к самообновлению, самовоспроизведению и развитию.
Цитология – наука, изучающая живую клетку, ее строение, функционирование как элементарной живой системы, исследует функции отдельных клеточных компонентов, процесс воспроизводства клеток, приспособление к условиям среды и др. Также цитология исследует особенности специализированных клеток, становление их особых функций и развитие специфических клеточных структур.
Таким образом, современная цитология была названа физиологией клетки.
Значительным продвижением в изучении клеток произошло в начале 19 века, было открыто и описано клеточное ядро. На основании этих исследований и была создана клеточная теория, ставшая величайшим событием в биологии 19 в. Именно эта теория послужила фундаментом для развития эмбриологии, физиологии, теории эволюции.
Важнейшая часть всех клеток – ядро, которое хранит и воспроизводит генетическую информацию, регулирует процессы обмена веществ в клетке.
Все клетки делятся на две группы:
· Прокариоты – клетки, лишенные ядра
· Эукариоты – клетки содержащие ядра
Изучая живую клетку, ученые обратили внимание на существование двух основных типов ее питания, что позволило все организмы разделить на два типа:
· Автотрофные – сами производят необходимые им питательные вещества
· Гетеротрофные – не могут обходиться без органической пищи.
Позднее были уточнены такие важные факторы, как способность организмов синтезировать необходимые вещества (витамины, гормоны), обеспечивать себя энергией, зависимость от экологической среды и др.
Таким образом, сложный и дифференцированный характер связей свидетельствует о необходимости системного подхода к изучению жизни и на онтогенетическом уровне.
3. Онтогенетический уровень. Многоклеточные организмы. Этот уровень возник в результате формирования живых организмов. Основной единицей жизни выступает отдельная особь, а элементарным явлением – онтогенез.
Изучением функционирования и развития многоклеточных живых организмов занимается физиология. Эта наука рассматривает механизмы действия различных функций живого организма, их связь между собой, регуляцию и приспособление к внешней среде, происхождение и становление в процессе эволюции и индивидуального развития особи.
По сути дела это и есть процесс онтогенеза – развитие организма от рождения до смерти. При этом происходит рост, перемещение отдельных структур, дифференциация и усложнение организма.
Все многоклеточные организмы состоят из органов и тканей. Ткани – это группа физически объединенных клеток и межклеточных веществ для выполнения определенных функций.
Их изучение является предметом гистологии.
Органы – это относительно крупные функциональные единицы, которые объединяют различные ткани в те или иные физиологические комплексы. В свою очередь органы входят в состав более крупных единиц – систем организма. Среди них выделяют нервную, пищеварительную, сердечнососудистую, дыхательную и другие системы. Внутренние органы есть только у животных.
4. Популяционно-биоценотический уровень. Это надорганизменный уровень жизни, основной единицей которого является популяция.
В отличии от популяции видом называется совокупность особей, сходных по строению и физиологическим свойствам, имеющих общее происхождение, могущих свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство.
Какой из уровней является высшим уровнем организации жизни?
Вид существует только через популяции, представляющие генетически открытые системы. Изучением популяций занимается популяционная биология.
Термин «популяция» был введен одним из основоположником генетики В. Иогансеном, который назвал так генетически неоднородную совокупность организмов. Позднее популяция стала считаться целостной системой, непрерывно взаимодействующей с окружающей средой. Именно популяции являются теми реальными системами, через которые существуют виды живых организмов.
Популяции – генетически открытые системы, так как изоляция популяций не абсолютна и периодически не бывает возможным обмен генетической информации.