На головну

Основні рівні організації живого

  1.  I. Основні проблеми народонаселення Росії
  2.  Ii. Моделі сторінкової організації даних в сучасних БД
  3.  II. Основні завдання Гостехкомиссии Росії
  4.  II. Основні правила ведення бухгалтерського обліку
  5.  II. Основні принципи
  6.  II. Основні вимоги до відбору клінічного матеріалу для бактеріологічного дослідження
  7.  II. Основні етапи І НАПРЯМКИ РОЗВИТКУ ЕТИКИ

Системно-структурні рівні організації різноманітних форм живого досить численні. Серед них: молекулярний, клітинний, тканинний, органний, онтогенетичний, популяційний, видовий, биогеоценотический, біосферний. Можуть бути визначені і інші рівні. Але у всьому різноманітті рівнів повинні бути виділені деякі основні. Критерієм виділення основних рівнів виступають специфічні дискретні структури і фундаментальні біологічні взаємодії. На підставі таких критеріїв досить чітко виділяються такі рівні організації живого: молекулярно-генетичний, онтогенетичний, популяційно-видовий, биогеоценотический.

Молекулярно-генетичний рівень. Знання закономірностей молекулярно-генетичного рівня організації живого - необхідна передумова для ясного розуміння життєвих явищ, що відбуваються на всіх інших рівнях організації життя. На цьому рівні організації життя гени являють собою елементарні одиниці. У XX ст. розвиток хромосомної теорії спадковості, аналіз мутаційного процесу, вивчення будови хромосом, фагів і вірусів, розвиток молекулярної біології, біохімії дозволило розкрити основні риси організації елементарних генетичних структур і пов'язаних з ними явищ.

З'ясовано, що основні структури на цьому рівні, що несуть в собі коди спадкової інформації, представлені молекулами ДНК, диференційованими по довжині на елементи коду - триплети азотистих основ, що утворюють гени. Основні властивості генів: здатність їх до конваріантной редуплікаціі, до локальних структурних змін (мутацій), здатність передавати що зберігається в них інформацію внутрішньоклітинним управляючих систем.

Молекула ДНК є дві спарені нитки, закручені в спіралі. Кожна з цих ниток з'єднується з іншого водневими зв'язками; причому кожна з таких зв'язків попарно з'єднує або аденін одного ланцюга з тиміном інший, або гуанін з цитозином. Конваріантной редуплікаціі відбувається по матричному принципом. Спочатку розриваються водневі зв'язку подвійної спіралі ДНК за участю ферменту ДНК-полімерази. Потім кожна з ниток на своїй поверхні будує відповідну нитку, після чого нові нитки комплементарно з'єднуються між собою. Піримідинові і пуринові основи комплементарних ниток «зшиваються» між собою ДНК-полімеразою. Цей процес здійснюється дуже швидко. Так, на самосборку ДНК, що складається приблизно з 40 тис. Пар нуклеотидів, потрібно всього 100 с.

У синтезі білків важлива роль належить також і РНК. Синтез білка відбувається в особливих областях клітини - рибосомах. Рибосоми іноді образно називають «фабриками білка». Існує принаймні три типи РНК: високомолекулярна РНК, що локалізується в рибосомах; інформаційна-РНК, що утворюється в ядрі клітини; транспортна-РНК.

У ядрі генетичний код переноситься з молекул ДНК на молекулу інформаційної-РНК. Генетична інформація про послідовність і характер синтезу білка переноситься з ядра молекулами інформаційної-РНК в цитоплазму до рибосоми і там бере участь в синтезі білка. Перенесення і приєднання окремих амінокислот до місця синтезу здійснюється транспортної-РНК. Білок, що містить тисячі амінокислот, в живій клітині синтезується за 5 - 6 хв.

Таким чином, як при конваріантной редуплікаціі, так і при внутрішньоклітинної передачі інформації використовують єдиний матричний принцип: вихідні молекули ДНК і РНК є матрицями, поряд з якими будуються відповідні макромолекули. Молекули ДНК грають роль коду, в якому як би «зашифровані» все синтези білкових молекул в клітинах організму. Характерно, що всі біологічні організми, відомі нам на Землі, використовують однаковий тип генетичного коду. Редуплікація, заснована на матричному копіюванні, уможливлює збереження не тільки генетичної норми, але і відхилень від неї, тобто мутацій (основа процесу еволюції).

Центральна проблема сучасної молекулярної біології - вивчення будови і функцій органічних макромолекул, перш за все ієрархії їх структурної організації: первинна структура (послідовність мономерів в біополімерах), вторинна структура (біополімерного спіраль), третинна структура (певна організація молекул білка), четвертинна структура (макромолекулярні комплекси молекул білків). В даний час молекулярною біологією успішно дешифрується закладений в структурі нуклеїнових кислот код, службовець матрицею при синтезі специфічних білкових структур.

онтогенетический рівень. Наступний, більш складний, комплексний рівень організації життя на Землі - онтогенетичний. Він пов'язаний з життєдіяльністю окремих біологічних особин, дискретних індивідуумів. Індивід, особина - неподільна і цілісна одиниця життя на Землі. У многобразнимі земної органічного життя особини мають різне морфологічне зміст. Тут і одноклітинні, що складаються з ядра, цитоплазми, безлічі органел і мембран, макромолекул і т. Д. Тут і багатоклітинна особина, утворена з мільйонів і мільярдів клітин. Складність багатоклітинних особин незрівнянно вищий складності одноклітинних. Але і одноклітинна і багатоклітинна особини мають системної організацією і виступають як єдине ціле.

Причому важливо те, що характеристика особини не може бути вичерпана розглядом фізико-хімічних властивостей макромолекул, що входять до його складу. Розділити особина на частини без втрати "індивідуальності" неможливо. Це дозволяє виділити онтогенетичний рівень як особливий рівень організації життя. Таким чином, на онтогенетичної рівні одиницею життя служить особина - з моменту її народження до смерті.

Розвиток особини, послідовність морфологічних, фізіологічних і біохімічних перетворень, що зазнають організмом в освіті зародковій клітини до смерті становить зміст процесу онтогенезу. Онтогенез складається з зростання, переміщення окремих структур, диференціації й ускладнення інтеграції організму. По суті, онтогенез - це процес реалізації спадкової інформації, закодованої в управляючих структурах зародковій клітини, а також випробування, перевірки узгодженості і роботи керуючих систем в часі і просторі, прісособленія особини до середовища і ін.

Причини розвитку організму в онтогенезі є предметом грунтовного та інтенсивного вивчення ембріології, биохимиками, генетиками. Багато галузей біології вивчають процеси та явища, що відбуваються в особини, узгоджене функціонування її органів і систем, механізм їх роботи, роль у життєдіяльності організму, взаємовідносини органів, поведінка організмів, пристосувальні зміни і т.п. Ще не створена загальна теорія онтогенезу, не ясні всепрічіни і фактори, що визначають сувору організованість цього процесу. Наявні результати дозволяють зрозуміти тільки деякі окремі процеси, що забезпечують індивідуальний розвиток організму. Перш за все це стосується вивчення диференціації, тобто освіти різноманітних, спеціалізованих для виконання певних функцій частин організму. Елементарними структурами на онтогенетичної рівні організації життя служать клітини, а елементарними явищами - якісь процеси, пов'язані з їх диференціацією. Онтогенез визначається діяльністю деякої саморегулірущейся ієрархічної системи, узгоджено реалізує спадкові властивості і роботу керуючих систем в межах особини.

Разом з тим до цього часу не відомо, чому в онтогенезі строго певні процеси відбуваються в належний час і в належному місці. Одна з найважливіших проблем сучасної біології - виявлення закономірностей регуляції внутрішньоклітинних процесів, функцій клітини і механізму включення генів в процесі клітинної диференціювання, адже в процесі розвитку кожної клітини в ній працюють тільки ті гени, функція яких необхідна для розвитку даної тканини (органа).

Популяційно-видовий рівень. Особи в природі не абсолютно ізольовані один від одного, а об'єднані вищим рангом біологічної організації. Це популяційно-видовий рівень. Він виникає там і тоді, де і коли відбувається об'єднання особин в популяції, а популяцій в види. Популяції - це сукупність особин одного виду, що населяють певну територію, більш-менш ізольовану від сусідніх сукупностей того ж виду. Такі об'єднання характеризуються появою нових властивостей і особливостей в живій природі, відмінних від властивостей молекулярно-генетичного і онтогенетичного рівнів.

Популяції цілісні, хоча складаються з безлічі особин. Їх цілісність базується на інших підставах, ніж цілісність молекулярно-генетичного і онтогенетичного рівнів. Вона забезпечується взаємодією особин в популяціях і відтворюється через обмін генетичним матеріалом в процесі статевого розмноження. Види - це системи популяцій. Популяції і види як надіндивідуальних освіти здатні до існування протягом тривалого часу і до самостійного еволюційному розвитку.

Популяції виступають як елементарні, далі нерозкладних еволюційні одиниці, що представляють собою генетично відкриті системи, так як особини з різних популяцій іноді схрещуються і популяції обмінюються генетичною інформацією. На популяційно-видовому рівні особливу роль відіграє вільне схрещування між особинами всередині популяції і виду. Види є найменшими генетично закритими системами, оскільки схрещування особин різних видів у природі в переважній більшості випадків не веде до появи плідного потомства.

Популяція - основна елементарна структура на популяційно-видовому рівні, а елементарне явище на цьому рівні - зміна генотипического складу популяції; елементарний матеріал на цьому рівні - мутації. У синтетичної теорії еволюції виділені елементарні фактори, що діють на цьому рівні: мутаційний процес, популяційні хвилі, ізоляція і природний відбір. Кожен з цих факторів може зробити певний вплив на популяцію і викликати зміни в генотипическом складі популяції.

Популяції і види, а також протікає в популяціях процес еволюції завжди існують в певній природному середовищу, конкретній системі, яка включає в себе біотичні і абіотичні чинники. Така система отримала назву «біогеоценоз» - це елементарна одиниця наступного (биогеоценотического) рівня організації життя на Землі.

біогеоценотіческій рівень. Популяції різних видів взаємодіють між собою. В ході взаємодії вони об'єднуються в складні системи - біоценози. Біоценоз - сукупність рослин, тварин, грибів і мікроорганізмів, що населяють ділянку середовища з більш-менш однорідними умовами існування і характеризуються певними взаємозв'язками між собою. Компоненти, що утворюють біоценоз, взаємозалежні. Зміни, що стосуються тільки одного виду, можуть позначитися на всьому біоценозі і навіть викликати його розпад. Біоценози входять в якості складових частин у ще більш складні системи (співтовариства) - біогеоценози.

Біогеоценоз (екосистема, екологічна система) - взаємообумовлених комплекс живих і абіотичних компонентів, пов'язаних між собою обміном речовин і енергією. Біогеоценоз - одна з найбільш складних природних систем, продукт спільного історичного розвитку багатьох видів рослин і тварин, в ході якого види пристосовувалися один до одного. Структура біогеоценозу змінюється в ході еволюції видів.

Біогеоценоз - це цілісна система. Види в біогеоценозах діють один на одного не тільки за принципом прямої, а й зворотний зв'язок (у тому числі за допомогою зміни ними абіотичних умов). Випадіння одного або декількох компонентів біогеоценозу може призвести до руйнування цілісності біогеоценозу, що часто веде до незворотного порушення рівноваги і загибелі біогеоценозу як системи. В цілому життя біогеоценозу регулюється силами, що діють усередині самої системи, тобто можна говорити про саморегуляції біогеоценозу. У той же час біогеоценоз являє собою незамкнену систему, що має канали речовини і енергії, що зв'язують сусідні біогеоценози. Обмін речовин і енергією між сусідніми биогеоценозами може здійснюватися в різних формах: газоподібної, рідкої і твердої, а також у формі міграції тварин.

Біогеоценоз - врівноважена, пов'язана з собою і стійка в часі система, яка є результатом тривалої і глибокої адаптації складових компонентів. Стійкість його пропорційна різноманіттю його компонентів: чим різноманітніше біогеоценоз, тим він, як правило, стійкіше в часі і просторі. Наприклад, біогеоценози, представлені тропічними лісами, набагато стійкіше біогеоценозів в зоні помірного або арктичного поясів, так як тропічні біогеоценози складаються з набагато більшого безлічі видів рослин і тварин, ніж помірні і тим більше арктичні біогеоцнози.

Високоорганізовані організми для свого існування потребують більш простих організмах; кожна екосистема незмінно містить як прості, так і складні компоненти. Біогеоценоз тільки з бактерій або дерев ніколи не зможе існувати, як можна уявити екосистему, населену лише хребетними або ссавцями. Таким чином, нижчі організми в екосистемі - це не якийсь випадковий пережиток минулих епох, а необхідна складова частина біогеоценозу, цілісної системи органічного світу, основа його існування і розвитку, без якої неможливий обмін речовиною і енергією між компонентами біогеоценозу.

Абиотическими компонентами біогеоценозів є атмосфера, сонячна енергія, грунт, вода. Первинною біотичної основою для складання біогеоценозів служать автотрофи - зелені рослини і мікроорганізми, хемосинтетики, що виробляють органічну речовину. Автотофние рослини і мікроорганізми являють життєве середовище для гетеротрофів - тварин, грибів, більшості бактерій, вірусів. Тому і межі біогеоценозів найчастіше збігаються з межами рослинних угруповань (фітоценозів) *. Але і тварини згодом починають відігравати важливу роль в житті рослин: вони здійснюють запилення, поширення плодів, беруть участь у кругообігу речовин і т.д. Так складається биогеоценотический комплекс, який може існувати віками.

* Автотрофи, і перш за все фотосинтетики, грають воістину космічну роль на Землі. Фіксуючи енергію сонячного світла в продуктах фотосинтезу, рослини виконують роль космічного вогнища енергії на Землі. Щорічно рослини утворюють до 100 млрд т органічних речовин і фіксують до 10 кДж енергії сонячної радіації. При цьому рослини засвоюють з атмосфери до 170 млрд т вуглекислого газу і розкладають до 130 млрд т води, виділяючи до 115 млрд т вільного кисню. Таким чином, життя на Землі повністю залежить від фотосинтезу. Вчення про фотосинтезі було створено нашим співвітчизником - великим ботаніком К. А. Тімірязєва.

Вся сукупність пов'язаних між собою кругообігом речовин і енергії біогеоценозів на поверхні нашої планети утворюють потужну систему біосфери Землі. Верхня межа життя в атмосфері досягає приблизно 25-30 км, нижня межа в земній корі зосереджена в самому верхньому її шарі - до 10 м. (Хоча окремі види мікроорганізмів зустрічаються в нафтоносних шарах на глибині до 3 км.) В гідросфері (океани і моря ) зона, багата живими організмами, займає шар води до 200 м, але деякі організми виявлені і на максимальній глибині глибоководних океанських западин - до 11 км. Таким чином, «плівка життя» на Землі досить тонка і досягає всього лише близько 40 км. Вона обмежена інтенсивним потоком згубних ультрафіолетових променів за межами озонового шару в тропосфері і високою температурою земних надр (на глибині 3 км вона може досягати 100 ° С).

Завдяки діяльності рослин біосфера стала акумулятором сонячної енергії. Живі організми являють собою найважливішу біохімічну силу, яка перетворює земну кору. Масштаби діяльності живих організмів дійсно грандіозні. Про них свідчать тисячеметровий товщі вапняку, величезні поклади кам'яного вугілля, потужні біогенні породи і т.п. Саме жива речовина визначило склад атмосфери, осадових порід, ґрунту, гідросфери. Завдяки цьому невпізнанно змінився зовнішній вигляд планети.

Між неорганічної та органічної матерією на Землі існує постійний кругообіг речовини і енергії, в якому проявляється закон збереження маси і енергії: кожна жива істота завдяки наступним ланцюгах харчування (особливо бактерій) після закінчення життєвого циклу повертає природі все, що взяло від неї протягом життя. Саме кругообіг речовини і енергії забезпечує тривалість існування життя, тому що інакше на Землі запаси необхідних елементів були б дуже швидко вичерпані. Розглядаючи біосферу Землі як єдину екологічну систему, можна переконатися, що жива речовина Землі істотно не зменшується і не збільшується в масі, а тільки переходить з одного стану в інший.

Розділ біології, який вивчає екологічні, системи (біоценози, біогеоценози) називається биогеоценология. Засновником її був видатний вітчизняний вчений В. М. Сукачов, вчення про біосферу створив наш великий мислитель В. І. Вернадський.

Таким чином, молекулярно-генетичний, онтогенетичний, популяційно-видовий і биоценотический рівні - чотири основних рівня організації життя на Землі.

 




 Освіта важких хімічних елементів |  Сценарії майбутнього Всесвіту |  Поняття позаземних цивілізацій. Питання про їх можливу поширеності |  Типи контактів з позаземними цивілізаціями |  Пошуки позаземних цивілізацій |  ОСОБЛИВОСТІ БІОЛОГІЇ XX в. |  Хромосомна теорія спадковості |  Створення синтетичної теорії еволюції |  Революція в молекулярної, біології |  Методологічні установки сучасної біології |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати