определение свойства и уровни организации жизни
2. Определение сущности жизни. Свойства и уровни организации живого.
1) Определение сущности жизни
Многочисленные определения сущности жизни можно свести к двум основным:
жизнь определяется субстратом, носителем ее свойств (например, белком).
жизнь рассматривается как совокупность специфических физико-химических процессов.
Классическое определение Ф. Энгельса:
2) Свойства живого
Самовоспроизведение (репродукция). Положение «все живое происходит только от живого» означает, что жизнь возникла лишь однажды и что с тех пор начало живому дает только живое. На молекулярном уровне самовоспроизведение происходит на основе матричного синтеза ДНК, которая программирует синтез белков, определяющих специфику организмов. На других уровнях оно характеризуется чрезвычайным разнообразием форм и механизмов, вплоть до образования специализированных половых клеток (мужских и женских). Важнейшее значение самовоспроизведения заключается в том, что оно поддерживает существование видов, определяет специфику биологической формы движения материи.
Рост и развитие. Рост организмов происходит путем прироста массы организма за счет увеличения размеров и числа клеток. Он сопровождается развитием, проявляющимся в дифференцировке клеток, усложнении структуры и функций. В процессе онтогенеза формируются признаки в результате взаимодействия генотипа и среды. Филогенез сопровождается появлением гигантского разнообразия организмов, органической целесообразностью. Процессы роста и развития подвержены генетическому контролю и нейрогуморальной регуляции.
Обмен веществ и энергии. Благодаря этому свойству обеспечиваются постоянство внутренней среды организмов и связь организмов с окружающей средой, что является условием для поддержания жизни организмов. Между ассимиляцией и диссимиляцией существует диалектическое единство, проявляющееся в их непрерывности и взаимности. Например, непрерывно проходящие в клетке превращения углеводов, жиров и белков являются взаимными. Потенциальная энергия поглощаемых клетками углеводов, жиров и белков превращается в кинетическую энергию и тепло по мере превращения этих соединений. Обмен веществ и энергии в клетках ведет к восстановлению (замене) разрушенных структур, к росту и развитию организмов.
Наследственность и изменчивость. Наследственность обеспечивает материальную преемственность между родителями и потомством, между поколениями организмов, что, в свою очередь, обеспечивает непрерывность и устойчивость жизни. Основу материальной преемственности в поколениях и непрерывности жизни составляет передача от родителей к потомству генов, в которых зашифрована наследственная информация о свойствах организмов. Изменчивость связана с появлением у организмов признаков, отличных от исходных, и определяется изменениями в генетических структурах. Наследственность и изменчивость являются одним из факторов эволюции.
Раздражимость. Реакция живого на внешние раздражения служит проявлением отражения, характерного для живой материи. Факторы, вызывающие реакцию организма или его органа, называются раздражителями. Ими являются свет, температура среды, звук, электрический ток, механические воздействия, пищевые вещества, газы, яды и др. У организмов, лишенных нервной системы (простейшие и растения), раздражимость проявляется в виде тропизмов, таксисов и настий. У организмов, имеющих нервную систему, раздражимость проявляется в виде рефлекторной деятельности. У животных восприятие внешнего мира осуществляется через первую сигнальную систему, тогда как у человека в процессе исторического развития сформировалась еще и вторая сигнальная система. Благодаря раздражимости организмы уравновешиваются со средой. Избирательно реагируя на факторы среды, организмы «уточняют» свои отношения со средой, в результате чего возникает единство среды и организма.
Движение. Многие одноклеточные организмы двигаются с помощью особых органоидов. К движению способны и клетки многоклеточных организмов (лейкоциты, блуждающие соединительнотканные клетки и др.). Совершенство двигательной реакции достигается в мышечном движении многоклеточных животных организмов, которое заключается в сокращении мышц.
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
Определение понятия жизнь и свойства живого. Уровни организации живого.
Жизнь – это специфическое свойство систем, называемых живыми. На планете Земля жизнь представлена в двух формах – внеклеточной и клеточной
II. Свойства жизни
1. Питание.Пища является для живых организмов источником энергии и «строительным» материалом, необходимым для роста и осуществления всех процессов жизнедеятельности. Различают автотрофный, гетеротрофный и миксотрофный типы питания.
Автотрофы (греч. autos ─ сам) способны самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических, используя энергию Солнца ─ фототрофы (греч. photos ─ свет, trophe ─ питание)– или химических реакций ─ хемотрофы. К ним относят все зелёные растения и некоторые бактерии. Автотрофы живут за счёт неорганического источника углерода (СО2).
Миксотрофы ( греч. mix ─ смешать) имеют смешанный тип питания. В зависимости от условий внешней среды организм может питаться, как автотроф или гетеротроф. Например, эвглена зеленная на свету ─ автотроф, в темноте ─ гетеротроф.
2. Дыхание.Для всех живых организмов органические вещества с их химической энергией служат материалом, из которого извлекается вся энергия, необходимая для осуществления всех жизненных функций организма.
Процесс, при котором окисление органических веществ ведет к выделению химической энергии, называется дыханием. Энергия аккумулируется в молекулах АТФ. Самым эффективным способом расщепления является кислородный (аэробный), который осуществляется при участии кислорода, поступающего в организм при дыхании. Аэробный распад приводит к образованию продуктов, бедных энергией,– СО2 и Н2О.
Анаэробное расщепление осуществляется в бескислородной среде и характеризуется формированием относительно богатых энергией веществ (органических кислот, этанола).
3. Движение – это способность организма передвигаться в пространстве.
У организмов, ведущих прикрепленный образ жизни, наблюдаются ростовые движения, которые могут быть равномерными и неравномерными. Для неравномерного роста характерно увеличение отдельных частей тела.
Передвижение всего организма в пространстве называется локомоцией.
Многие одноклеточные организмы передвигаются с помощью специальных органоидов: ложноножек, жгутиков, ресничек.
Совершенства двигательная реакция достигает в мышечном движении многоклеточных организмов и обеспечивается энергией АТФ.
4. Выделение (экскреция) – это процесс выведения из организма конечных продуктов метаболизма – шлаков.
Растения экскрецию осуществляют через дыхание и транспирацию (испарение).
Выделение продуктов жизнедеятельности у одноклеточных и примитивных многоклеточных организмов происходит либо через всю поверхность тела, либо при помощи сократительных вакуолей.
Для многоклеточных организмов характерны специализированные органы выделения (протонефридии, мальпигиевы сосуды, почки, легкие). Многие из них выводят шлаки через кожу.
Благодаря выделению выводятся не только шлаки, но и удаляется лишнее количество воды, а также регулируется ионный состав.
5. Рост и развитие.Рост организма осуществляется путем прироста его массы за счет увеличения размеров и числа клеток. Как правило, рост сопровождается развитием, проявляющимся дифференцировкой клеток, усложнением структуры и функции органов и организма в целом. Все процессы, связанные с развитием и ростом, находятся под генетическим контролем и подвержены нейрогуморальной регуляции.
В процессе онтогенеза формируются признаки в результате взаимодействия генотипа и внешней среды. В ходе филогенеза появляется огромное разнообразие организмов вследствие постоянной их адаптации к изменяющимся условиям среды.
6. Раздражимость.Неотъемлемым свойством живых систем является раздражимость. Это способность организма реагировать на определенные воздействия внешней среды. Она заключается в восприятии раздражения и ответе на него.
Средовые факторы, вызывающие реакцию организма, называются раздражителями.
В качестве раздражителя (стимула) могут выступать многие факторы живой и неживой природы (свет, температура, звук, вещество, воздействие живых организмов друг на друга и т.д.). Стимул служит пусковым или управляющим фактором, определяющим дальнейшую реакцию организма на него.
У организмов, не имеющих нервной системы, раздражимость выражается в виде тропизмов, настий, таксисов.
Тропизмы характерны для неподвижных организмов. У них в ответ на какой-либо раздражитель изменяется направление роста или положение органов. Так, у растений можно наблюдать фототропизм, гидротропизм и т.д.
Настии – это реакция отдельных частей растительного организма на какой-либо раздражитель. Так, венчик цветка тюльпана на свету открывается, а в темноте закрывается.
Таксисы – это направленные перемещения к источнику стимуляции (положительные таксисы) и от него (отрицательные таксисы).
Например, движение фагоцитов к инородному телу –положительный таксис, а перемещение инфузории от капельки кислоты – отрицательный таксис.
У организмов, обладающих нервной системой, раздражимость проявляется в виде рефлекторной деятельности.
Рефлекс – это осуществляемая нервным механизмом реакция на специфический раздражитель, регулярно повторяющаяся более или менее одинаковым образом. Рефлексы бывают условные (приобретенные) и безусловные (врожденные).
У животных имеются определенные структуры – рецепторы, специализированные для восприятия раздражителей различной природы (хеморецепторы, терморецепторы, барорецепторы и т.д.).
Благодаря раздражимости живые организмы уравновешиваются с внешней средой и адекватно реагируют на ее воздействия.
7. Обмен веществ и энергии.Под обменом веществ или метаболизмом понимают совокупность химических процессов, протекающих в клетках и обеспечивающих существование организмов и их взаимосвязь с внешней средой.
Метаболизм состоит из анаболизма (ассимиляция) и катаболизма (диссимиляция), между которыми существует диалектическое единство, выражающееся в их непрерывности и взаимосвязи. Анаболизм обеспечивает синтез веществ, катаболизм – расщепление с последующим выделением энергии.
Все энергетические процессы в живых системах подчиняются первому закону термодинамики (закон Майера и Гельмгольца), согласно которому энергия при химических превращениях не исчезает и не образуется вновь, она переходит из одной формы в другую. Из живых систем энергия выделяется в виде тепла.
Второй закон термодинамики – это закон энтропии. Энтропия – это мера неупорядоченности процессов. Согласно второму закону термодинамики в природе в целом и в каждой изолированной системе энтропия всегда увеличивается и, соответственно, уменьшается упорядоченность. Но в отличие от неживых систем живые структуры, расходуя энергию, не только поддерживают присущие им упорядоченность и организованность, но еще и увеличивают их. Поскольку организм представляет собой открытую систему, в результате его жизнедеятельности, в окружающей среде постоянно повышается энтропия. Причем прирост энтропии оказывается больше, чем ее уменьшение внутри организма.
Обмен веществ и энергии обеспечивает восстановление клеточных структур, рост и развитие организма, постоянство внутренней среды, самообновление на всех уровнях организации живого.
8. Обмен информации,Существуя в природе, организм постоянно получает, перерабатывает и передает информацию.Информация не имеет материальной основы – это не вещество, не энергия. Однако переносят информационные сигналы либо материальные, либо энергетические носители.
Внутри организма в роли сигналов выступают различные вещества или нервные импульсы, которые как провоцируют и стимулируют те или иные процессы, внутри живой системы, так и обеспечивают ответную реакцию на внешние сигналы.
Взаимоотношения между особями бывают двух категорий: контактные и дистантные. Контактные взаимодействия осуществляются при непосредственном контакте организмов. Дистантные отношения проявляются в виде зрительных, акустических, химических и других сигналов. Способность организмов воспринимать различного рода сигналы обеспечивает такое свойство живого как раздражимость.
9. Наследственность и изменчивость. Наследственность – универсальное свойство живого, представляющее собой способность передавать свои признаки и свойства потомству. Наследственность консервативна, она обеспечивает закрепление уже имеющихся признаков и свойств в ряду поколений, что ведет к преемственности между поколениями и обусловливает существование видов.
Изменчивость – свойство, противоположное наследственности, представляет собой способность живого приобретать новые признаки и свойства, отличные от родительских форм, в процессе онтогенеза. Изменчивость – прогрессивное свойство живого, так как обеспечивает вариации признаков в результате изменений генетической информации (наследственная изменчивость) и влияния внешней среды (модификационная изменчивость).
10. Пространственная и временная организация. Свойство временной организации заключается в способности живых организмов точно измерять время и координировать биологические процессы с астрономическим временем и геофизическими датчиками времени (светом, температурой и т.д.).
Любая живая система имеет «биологические часы», которые обеспечивают синхронность и согласованность процессов во времени внутри себя и между организмами. Упорядоченность всех процессов достигается благодаря таким свойствам, как цикличность и ритмичность.
Особенностями пространственной организации являются целостность и дискретность.
11. Дискретность и целостность.Жизнь как общепланетарное явление целостна и в то же время дискретна. Это свойство проявляется на всех уровнях организации живого. Так, одноклеточные организмы состоят из таких дискретных частиц, как ядро, цитоплазма, оболочка. Многоклеточные состоят из клеток, тканей и органов, выполняющих различные функции жизнеобеспечения. При этом существование одних органов и клеток зависит от других.
Сами же живые организмы, будучи дискретными и целостными системами по отношению к таким надорганизменным структурам, как биогеоценозы и биосфера в целом, представляют собой дискретные единицы, объединённые биотическим круговоротом веществ и энергии.
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Уровни 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. 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).