Что изучает молекулярный уровень организации живой природы

Биологические закономерности. Уровневая организация и эволюция живой природы.

Уровни организации живой природы

Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить её на ряд уровней.

Уровень организации живой материи — это функциональное место биологической структуры определённой степени сложности в общей иерархии живого.

Выделяют следующие уровни организации живой материи.

Уровни организации живой материи

Необходимо отметить, что биогеоценотический и биосферный уровни организации живой материи выделяют не всегда, поскольку они представлены биокосными системами, включающими не только живое вещество, но и неживое. Также часто не выделяют субклеточный и органно-тканевой уровни, включая их в клеточный и организменный соответственно.

Краткая история эволюции органического мира

Возраст Земли около 4,6 млрд лет. Жизнь на Земле возникла в океане более 3,5 млрд лет назад.
Историю развития жизни на Земле изучают по ископаемым останкам организмов или следам их жизнедеятельности. Они встречаются в горных породах разного возраста.
Геохронологическая шкала истории Земли разделена на эры и периоды.

Источник

Уровни организации живой природы

Всего получено оценок: 2165.

Всего получено оценок: 2165.

Вся жизнь на Земле упорядочена и имеет сложную иерархию от простого к сложному – уровни организации живой природы.

Уровни

Первый уровень в структурной организации живой материи молекулярный. Молекулы – мельчайшей частицы вещества, состоящей из атомов. Молекулы не являются живыми системами в отличии от клетки. К наукам, изучающим живое на молекулярном уровне, относятся биохимия и молекулярная биология. В живых телах молекулы образуют клетки, из которых в многоклеточных организмах строятся ткани и органы. Организмы, взаимодействуя между собой, образуют более сложные надорганизменные уровни. Наивысшим уровнем организации живой материи на Земле является биосфера. Подробное описание уровней организации живой природы представлено в таблице.

Уровень

Элементы системы

Процессы

Атомы и ионы, молекулы органических и неорганических соединений, биополимеры – ДНК, РНК, белки, полисахариды.

Обмен веществ и превращение энергии, передача генетической информации.

Органоиды (органеллы) клетки, комплексы химических соединений.

Синтез и распад органических соединений, транспорт химических веществ, рост и размножение, раздражимость.

Специфичные клетки, межклеточное вещество.

Специализация клеток и выполнение ими соответствующих функций.

Разнотипные ткани, образующие органы.

Работа органов в зависимости от назначения: движение, газообмен, возбудимость, пищеварение и т.д.

Системы органов, образующие многоклеточный организм – отдельную функциональную структуру животного или растительного происхождения. У одноклеточных организмов уровень совпадает с клеточным.

Наследственность, изменчивость, саморегуляция, рост и развитие, размножение.

Группы особей одного вида, объединённые в популяции. Несут единый генофонд, выделяются одинаковыми морфологическими и поведенческими признаками, занимают определённый ареал.

На уровне популяций начинаются эволюционные процессы: естественный отбор, борьба за существование (взаимодействие особей между собой и с окружающей средой), адаптация к изменяющимся условиями др.

Популяции разных видов, факторы среды

Круговорот веществ и поток энергии

Биогеоценозы, деятельность человека (ноосфера)

Биогенная миграция атомов, воздействие человека на биосферу.

Каждый уровень организации имеет свои закономерности. Для изучения отдельного уровня выделены специализированные направления биологии. Например, начальный уровень изучают молекулярная биология и биохимия, клетку исследует цитология, ткани – гистология, популяции и их взаимодействие с окружающей средой – экология.

Одноклеточные и многоклеточные

Все организмы по своей структуре делятся на два типа:

Одноклеточные организмы ограничены оболочкой, под которой находится цитоплазма с органоидами – функциональными частицами клеток. Одноклеточные организмы схожи по строению и функциям с клетками многоклеточных организмов. Однако могут самостоятельно существовать, выполняя функции целого организма.

Представители одноклеточных организмов:

которые читают вместе с этой

Многоклеточные – более сложно организованные организмы. Наиболее примитивные – губки, самые сложные – млекопитающие.

Рис. 3. Многоклеточные организмы.

В отличие от одноклеточных многоклеточные организмы имеют больше уровней организации. Клетки в многоклеточном организме специализированы и выполняют определенные функции, образуя ткани и органы. Однако вне зависимости от сложности строения все организмы взаимодействуют с окружающей средой и являются частью более сложных уровней организации живой материи (популяций, экосистем, биосферы).

Свойства организмов

Всех представителей биосферы (одноклеточных и многоклеточных) объединяют свойства живых организмов:

Кроме того, живые организмы имеют единый химический состав. Основные элементы живой материи – азот, кислород, углерод, водород. Из них формируются белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.

Что мы узнали?

Из урока 9 класса биологии узнали об основных уровнях живой природы. Тема включала краткое описание иерархии живой природы, особенностей многоклеточных и одноклеточных организмов, а также отличительные свойства живых организмов.

Источник

Лекция 2. Уровни организации живых систем.

Лекция 2. Уровни организации живых систем.

При изучении живой материи приходится иметь дело с большим количеством взаимодействующих элементов, с иерархически организованной сложностью. В современной биологии очень важен системный подход, системное видение и понимание проблем. Основы системного подхода заложены в трудах российского ученого А.А. Богданова (1913-22 гг.) и австрийского биолога Л. фон Берталанфи, опубликованных в 50-х годах 20 века.

Система – это совокупность взаимодействующих элементов, имеющая входы и выходы для обмена со средой веществом, информацией и энергией. Систему рассматривают как совокупность взаимодействующих подсистем и элементов, составляющих единое целое. Регуляция и саморегуляция системы идет по прямым и обратным связям. Для систем характерны упорядоченность, саморегуляция, саморазвитие, пространственные ограничения. Цель, структура и функция систем – неотъемлемые, взаимосвязанные и взаимобусловленные атрибуты единого целого. Разным целям соответствуют разные по структуре и функции системы.

Основные принципы системного подхода:

Целостность, позволяющая рассматривать одновременно систему как единое целое и в то же время как подсистему для вышестоящих уровней.

Иерархичность строения, т.е. наличие множества (по крайней мере, двух) элементов, расположенных на основе подчинения элементов низшего уровня – элементам высшего уровня.

Структуризация, позволяющая анализировать элементы системы и их взаимосвязи в рамках конкретной организационной структуры. Как правило, процесс функционирования системы обусловлен не столько свойствами ее отдельных элементов, сколько свойствами самой структуры.

Множественность, позволяющая использовать множество различных моделей для описания отдельных элементов и системы в целом.

Применительно к биологии можно отметить, что живые системы всех уровней организации представляют собой неразрывную структурно-функциональную совокупность организмов и среды их обитания, связанную потоками энергии, вещества и информации. Это открытые саморегулирующиеся и саморазвивающиеся системы, состоящие из подсистем. Биологическая система обладает закономерным свойством устойчивости, в ее основе лежит принцип необходимого разнообразия элементов системы.

Следовательно, живая природа является целостной, но неоднородной системой, которой свойственна иерархическая организация. Иерархический принцип организации позволяет выделить в живой природе отдельные уровни, что удобно с точки зрения изучения жизни как сложного природного явления. Объектами изучения в биологии являются молекулы, клеточные органеллы, клетки, ткани, органы, организмы и надорганизменные системы, а также функциональные взаимосвязи между всеми ими.

Молекулярно-генетический уровень изучает молекулярная биология, а также химия природных соединений, где исследуют основные биополимеры – ДНК, РНК, белки, полисахариды и другие компоненты клетки. Процессы молекулярного уровня организации (синтез и разложение белков, нуклеиновых кислот, липидов, обмен веществ и энергии, копирование генетической информации) обеспечивают существование жизни на всех уровнях. Однако жизнь нельзя свести лишь к молекулярному уровню.

Элементарной единицей данного уровня является ген – участок молекулы ДНК, содержащий определенную генетическую информацию. Элементарное явление – редупликация (самовоспроизведение) молекул ДНК, в процессе которой могут возникать различные нарушения, изменяющие смысл генетической информации, что приводит к изменчивости.

Клеточный уровень считают фундаментальным, на нем в полной мере проявляются свойства живого, поэтому клетку считают элементарной структурной и функциональной единицей живой материи. На клеточном уровне жизнь представлена самостоятельными одноклеточными организмами. Кроме этого, клетки входят в состав биологических тканей – совокупностей клеток, сходных по строению и функциям. Элементарное явление – реакции клеточного метаболизма. В клетке осуществляются реализация наследственной информации, обмен веществ и энергии. Эти процессы тесно связаны между собой. Клетки и их органеллы изучает особая наука – цитология.

Тканевый уровень организации живого характерен для многоклеточных организмов. Клетки, даже входящие в состав одного многоклеточного организма, отличаются значительным морфофункциональным разнообразием. Возникшие в ходе эволюции сходные по строению и функциям клетки организма формируют ткани, специализированные на выполнении частных функций. Ткани состоят из клеток общего происхождения и сходных функций. Их изучает гистология.

Органный уровень. Несколько тканей формируют органы – части тела, имеющие определенное строение, занимающие определенное место в организме и выполняющие характерные функции. Отдельные органы, как правило, хорошо различаются по своей структуре даже невооруженным глазом. Органы, объединенные функционально, образуют системы и аппараты органов. Структуры и функции органов и их систем изучают анатомия и физиология.

Организменный уровень. Организм – это высокоинтегрированная живая система, причем характерной чертой эволюции тканевых клеток животных, является их возрастающая подчиненность надклеточным регулирующим системам, в первую очередь нервной и эндокринной. На этом уровне изучают процессы, происходящие в особи, начиная с момента ее зарождения и до прекращения жизни. Индивидуальное развитие особи, илионтогенез, дает возможность называть этот уровень онтогенетическим. Изменения, происходящие в течение всего онтогенеза особи, составляют элементарное явление на данном уровне.

Существуют два типа организмов – одноклеточные и многоклеточные. Организм в тех или иных проявлениях его жизнедеятельности служит предметом исследования многих биологических дисциплин.

Популяционный уровень. Элементарной единицей этого надорганизменного уровня является популяция – группа особей одного вида, обитающих в определенной местности в условиях, где возможно свободное скрещивание. например, лягушки, живущие в одном лесном озере, достаточно удаленном от других водоемов, служат примером популяции. Помимо свободного скрещивания, членов популяции объединяет многое другое, например, условия питания. В популяциях осуществляются элементарные эволюционные преобразования – естественный отбор и мутационный процесс. Несколько популяций объединяются в вид.

Видовой уровень. Вид – это совокупность особей нескольких популяций, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяющих определенную территорию (ареал) и обладающих общими морфофункциональными признаками. Главная особенность вида заключается в его генетической обособленности. Виды, даже близкие, не скрещиваются либо не оставляют плодовитого потомства. Например, городские и деревенские ласточки могут иметь частично совпадающие места обитания, но видовую индивидуальность сохраняют и те и другие.

Биогеоценотический (экосистемный) уровень. Его элементарной структурой являетсябиогеоценоз, или экологическая система, – это устойчивая совокупность разных систематических групп (растений, животных, микроорганизмов) вместе со средой их обитания, объединенных обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.

Примером экосистемы может служить озеро, включающее сообщество гидробионтов (организмов, обитающих в воде), физические свойства и химический состав воды, особенность рельефа дна, состав и структуру грунта, взаимодействующий с поверхностью воды атмосферный воздух, солнечную радиацию.

Экосистема – основная структурная единица окружающего мира. Закономерности функционирования экосистем изучает экология.

Биосферный уровень. Биосферой называют оболочку Земли, включающие все биогеоценозы планеты. Совокупность всех живых организмов, населяющих Землю, составляет «живое вещество». Биосфера – единая глобальная экологическая система, область существования живого вещества. Элементарное явление на биосферном уровне связано с круговоротом веществ и энергии, происходящим при участии живых организмов.

Все уровни организации живого тесно связаны между собой, что свидетельствует о целостности живой природы. Без биологических процессов, осуществляемых на этих уровнях, невозможны эволюция и существование жизни на Земле.

На определенном этапе эволюционного развития биосферы появился человек, в котором объединены биологическое и социальное начала. В жизни человека главную роль играют социальные взаимоотношения. При этом человечество остается составной частью биосферы. Здоровье человека зависит от умения приспосабливаться к меняющимся условиям среды. Если эта способность проявляется недостаточно, то могут возникнуть заболевания, затрагивающие различные уровни организации жизни (клеточный или организменный).

Источник

Уровни организации живой природы: краткое описание

Все живые существа на планете подразделяются по различным группам и системам. Об этом рассказывает ученику биология еще в начальных классах средней школы. Сейчас же хочется весьма подробно изучить уровни организации живой природы, в итоге представив все полученные знания в краткой и удобной для понимания таблице.

Немного об уровнях

Если говорить в общем, то наука насчитывает 8 таких уровней. Но по какому же принципу происходит деление? Тут все просто: каждый последующий уровень имеет в своем составе все предыдущие. То есть он больше и существеннее, объемнее и полнее.

Уровень первый – молекулярный

Подробно данный уровень изучает молекулярная биология. О чем же тут идет речь? Каково строение белков, какие функции они выполняют, что такое нуклеиновые кислоты и их работа в генетике, синтез белка, РНК и ДНК – всеми этими процессами и нагружен молекулярный уровень. Именно тут начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности всех организмов: обмен веществ, выработка энергии, необходимой для существования, и т. д. Ученые утверждают, что данный уровень сложно назвать живым, он, скорее, считается химическим.

Уровень второй – клеточный

Чем же интересен клеточный уровень организации живой природы? Он следует за молекулярным и, как становится понятно уже из названия, занимается клетками. Биологию этих частичек изучает такая наука, как цитология. Сама по себе клетка – это мельчайшая неделимая частица в организме человека. Тут рассматриваются все процессы, которые связаны непосредственно с жизнедеятельностью клетки.

Уровень третий – тканевый

Специалисты данный уровень называют еще и многоклеточным. И это неудивительно. Ведь, по сути, ткань – это совокупность клеток, которые имеют почти одинаковое строение и схожие функции. Если же говорить о тех науках, которые изучают этот уровень, то тут речь идет о все той же гистологии, а также гистохимии.

Уровень четвертый – органный

Рассматривая уровни организации живой природы, нужно также рассказать и об органном. Чем же он особенен? Так, из тканей формируются органы у многоклеточных организмов и органеллы – у одноклеточных. Науки, которые занимаются этими вопросами, – анатомия, эмбриология, физиология, ботаника и зоология.

Нужно также отметить, что, изучая уровни организации живой природы, специалисты иногда объединяют в одну главу тканевый и организменный. Ведь они весьма тесно связаны друг с другом. В таком случае речь идет об органотканевом уровне.

Пятый уровень – организменный

Следующий уровень носит название в науке «организменный». Чем же он отличается от предыдущих? Помимо того что он включает в свой состав предыдущие уровни организации живой природы, так еще тут происходит деление на царства – животных, растений, а также грибов. Занимается он следующими процессами:

На самом деле функций еще очень и очень много. Этим разделом занимаются такие науки, как генетика, физиология, анатомия, морфология.

Шестой уровень – популяционно-видовой

Тут также все просто. Если некоторые организмы имеют морфологическую схожесть, то есть они примерно одинаково устроены и имеют схожий генотип, ученые их объединяют в один вид или же популяцию. Главные процессы, которые тут происходят, – это макроэволюция (то есть изменение организма под воздействием окружающей среды), а также взаимодействие между собой (это может быть как борьба за выживание, так и размножение). Изучением этих процессов занимается экология и генетика.

Седьмой уровень – биогеоценотический

Название трудновыговариваемое, но вполне простое. Происходит от слова биогеоценоз. Тут уже рассматриваются множественные процессы, в которых происходит взаимодействие организмов. Речь идет и о пищевых цепочках, о конкуренции и размножении, о взаимовлиянии организмов и окружающей среды друг на друга. Данными вопросами занимается такая наука, как экология.

Последний, восьмой уровень – биосферный

Тут уже биология призвана решать все глобальные проблемы. Ведь по сути биосфера – это огромнейшая экосистема, где происходит круговорот химических элементов и веществ, процессы превращения энергии для обеспечения жизнедеятельности всего живого на земле.

Простые выводы

Рассмотрев все уровни структурной организации живой природы, а их, как стало понятно, 8, можно представить себе картину всего живого на земле. Ведь только структурировав свои знания, можно основательно уяснить суть вышеописанного.

Либо особь, либо организм

Происходят процессы дифференцировки

Происходят процессы изменения генотипа в оной популяции

Происходит круговорот веществ

Деятельность – перенос генетической информации внутри клеток

Как легче всего представить уровни организации живой природы? Таблица – вот что отлично иллюстрирует любой материал. Но для облегчения понимания ученые частенько в таблицу выносят всего лишь 4 объединенных уровня, представленных выше.

Источник

Уровни организации живого. Клеточная теория

1. Молекулярный, или молекулярно-генетический, является самым первым, начальным, его изучает молекулярная биология.

2. Клеточный уровень представляет собой клетку с ее свойствами (обмен веществ, раздражимость и т. д.).

3. Тканевой уровень охватывает системы клеток — ткани.

4. Органный уровень объединяет органы, образованные из тканей.

5. Организменный уровень включает в себя все системы органов одного организма.

6. Популяционно-видовой уровень является надорганизменным и охватывает группы особей: популяции, виды.

7. Экосистемный уровень объединяет популяции и виды в состав экосистем.

8. Биосферный уровень — самый сложный, в его состав входят все экосистемы.

1. В настоящее время на планете существуют два надцарства — прокариоты (безъядерные цианобактерии, эубактерии, археи) и эукариоты (ядерные).

2. Прокариоты имеют размер 1–5 мкм (1 микрометр = 0,001 миллиметра). Размер одноклеточных эукариот варьируется в диапазоне от 10 до 100 мкм, хотя встречаются и более мелкие экземпляры. На сегодняшний день самыми большими одноклеточными признаны ксенофиофоры, которые достигают 10 и более сантиметров в диаметре.

3. В одну «среднюю» клетку эукариот помещается более тысячи бактерий.

4. Внутри бактерии можно разместить тысячи вирусов, каждый из которых имеет диаметр от 20 до 300 нм (1 нанометр = 0,000001 миллиметра).

5. Клетки многообразны по форме и строению. Например, яйцеклетка страуса имеет диаметр 10 сантиметров. Малярийный плазмодий настолько мал, 5 мкм, что паразитирует в эритроците человека. Нервные клетки имеют отростки — дендриты и аксоны, причем аксоны могут достигать длины более 1 метра.

История изучения клетки

1. История создания первого микроскопа, то есть системы линз, через которые стало возможным увидеть микроорганизмы, запутана. Это открытие приписывается двум жителям голландского города Мидделбурга, Захарию Янсену и его отцу Хансу, которые якобы в 1590 году изготовили несколько простых микроскопов. Впрочем, эти сведения до сих пор оспариваются исследователями. Вероятно, над созданием микроскопа работал и Галилео Галилей.

2. Увеличительные возможности нового прибора очень заинтересовали английского естествоиспытателя Роберта Гука. Он, изучая срез пробки и сердцевины бузины, увидел ячейки, похожие на пчелиные соты — клеточные оболочки. Гук решил, живое вещество представлено именно клеточными стенками, а внутри них пусто. Несмотря на это заблуждение, термином «клетка» (введенном в 1665 году) наука обязана именно Роберту Гуку.

3. Голландец Антони ван Левенгук не был профессиональным ученым, но все свободное время посвящал изготовлению линз и приборов из них. К 1674 году он добился такого качества линз, что увидел простейших, дрожжи, чуть позже разглядел бактерии, эритроциты, строение мышечных волокон и многое другое. Его микроскопы показывали бактериальные клетки при увеличении в 270 раз! С 1695 года начали выходить публикации об открытиях Антони ван Левенгука.

4. В 1827 году российский ученый Карл Бэр дал описание яйцеклетки млекопитающих и сделал вывод о развитии организмов из одной клетки.

5. В 1831 году английский ботаник Роберт Браун открыл ядро в растительной клетке.

6. Ян Пуркинье, чешский физиологи и анатом, доказал в 1830-е годы, что клетки внутри не пустые, а заполнены желеобразным веществом — протоплазмой. Также он (возможно, раньше Брауна) утверждал о том, что все клетки содержат ядра.

7. Немецкие ботаник Маттиас Шлейден и физиолог Теодор Шванн на основе уже накопившихся научных фактов создали клеточную теорию. Шлейден занимался цитологией и эмбриологией растений, изучал роль ядра в клетке; также Шлейден и Шванн в 1839 году открыли ядрышко.

Итак, в 1839 году, после изучения данных, полученных Шлейденом, Теодор Шванн в книге «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений» предложил следующие положения клеточной теории.

1. Организмы состоят из клеток, образованием и ростом которых управляют одни и те же законы.

2. Клеткообразование — общий принцип развития для элементарных частей организма.

3. Ткани состоят из клеток. Клетка есть индивидуум, самостоятельное образование. Клетки взаимодействуют так, что возникает гармоничное целое.

4. В клетках все процессы могут быть сведены к следующим:

В этой первой клеточной теории была допущена значительная ошибка — клетки, по Шлейдену и Шванну, образуются из первичного неклеточного вещества. В 1850-е годы немецкий врач Рудольф Вирхов внес важнейшее уточнение в клеточную теорию — «всякая клетка происходит из другой клетки».

Современные представления о клетке намного более обширны. Их смысл сводится к тому, что клетка представляет собой целостную систему, является элементарной единицей, все клетки близки по строению и химическому составу, дифференцированы.

Главные положения современной клеточной теории

1. Клетка — элементарная структурно-функциональная единица организма, основа его строения, жизнедеятельности, размножения и развития.

2. Клетки всех организмов похожи по строению и химическому составу.

3. Новые молодые клетки рождаются только путем деления уже существующих клеток.

4. Рост и развитие многоклеточного организма являются следствие роста и развития одной или нескольких исходных клеток.

5. Клетки многоклеточных организмов дифференцированы по строению и функциям, объединяются в различные ткани, органы и, на высшем уровне, системы органов.

6. Наличие клеток позволяет утверждать о единстве происхождения всего живого.

Источник