Что значит организменный уровень
Организменные уровни организации жизни
Содержание статьи
В иерархической системе живой природы выделяют три основных уровня: микросистема, мезосистема и макросистема.
Микросистема – это молекулярные органические соединения. На таком уровне говорить о жизни как таковой можно лишь с большими оговорками, это уместнее определить как преджизнь. Макросистема – это популяции и экологические сообщества, объединяющие живые организмы, принадлежащие к одному или разным видам. Мезосистема – это уровень организации жизни, соответствующий организму – живому телу, представляющему собой автономную систему, обладающую признаками жизни: обмен веществ, воспроизведение себя в потомстве.
Уровень мезосистемы неоднороден. Наряду с собственно организменным уровнем в ней выделяют и другие иерархические ступени: клеточный уровень, тканевый и органный.
Клетка
Клетка представляет собой структурную единицу живого организма. Существуют организмы, которые состоят из одной клетки, но нет существа, которое не имело бы клеток. Исключение составляют только вирусы, но принадлежность их к числу живых организмов под вопросом.
Любая клетка отделена от внешней среды оболочкой, а в ее внутренней среде – цитоплазме – находятся органеллы, элементы, каждый из которых выполняет определенную функцию. В многоклеточных организмах клетки подразделяются на соматические, обеспечивающие жизнедеятельность организма, и половые, предназначенные для размножения. У одноклеточных существ обе функции выполняет одна клетка.
Ткань
Ткань представляет собой систему клеток, соединенных межклеточным веществом, имеющих сходное строение и выполняющих одну функцию в многоклеточном организме.
В процессе эволюции ткани родились благодаря дифференциации клеток в колониях одноклеточных организмов: снаружи располагались клетки, снабженные жгутиками и обеспечивающими движение, внутри – клетки, похожие на амеб, ответственные за пищеварение. У самых примитивных животных – в частности, у губок – клетки могут меняться местами. У организмов, находящихся на более высоких ступенях эволюции, ткани представляют собой устойчивые группы клеток. Эти клетки обладают одинаковым геномом, но у них работают разные гены, чем и объясняются различие между клетками, образующими разные ткани. Например, клетки, образующие мышечную ткань человека, отличаются от человеческих эритроцитов больше, чем от клеток мышечной ткани кошки.
Орган
Орган представляет собой группу тканей, выполняющих определенную функцию. Любой орган имеет определенное положение в организме, его формирование и развитие можно проследить на всех этапах развития организма, начиная с периода органогенеза. У человека этот период начинается на 3-й неделе внутриутробной жизни и заканчивается в 4-му месяцу.
Орган обособлен лишь до известной степени, функционировать вне организма он не может. Органы объединяются в целостные системы – например, у человека носовая полость, носоглотка, трахея, бронхи и легкие образуют дыхательную систему. Утрата или повреждение любого органа отражается на работоспособности системы в целом.
Организм
Вершина организменного уровня организации жизни – собственно организм. Это целостное живое тело, состоящее либо из одной клетки, либо из множества клеток, объединенных в ткани, органы и их системы.
Организм – это отдельная особь, которая является структурной единицей более высокого уровня организации жизни – популяционно-видового.
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).
Тест ЕГЭ Биология 11 класс 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.
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.
Именно на молекулярном уровне происходят различные биохимические реакции, а реализация наследственной информации происходит благодаря молекулам ДНК и РНК. Механизмы этих процессов универсальные для всех живых организмов.
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!
На атомном (элементарном) уровне 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 видах 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».
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
При изучении одноклеточных организмов ученые отмечают то, что особью является каждая отдельная клетка, например, бактерия или 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
Тест Суборганизменный и организменный уровни
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Надорганизменные уровни организации
1. Популяционно-видовой уровень организации жизни
Этот уровень представлен популяциями из особей одного вида.
На нем осуществляются основные эволюционные процессы, и мы можем проследить за динамикой численности живых организмов.
Вид- это группа особей, сходных по морфолого-анатомическим, физиолого-экологическим, биохимическим и генетическим признакам, занимающих естественный ареал, способных свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство.
Вид представляет собой сумму популяций.
Популяция- совокупность организмов одного вида, длительное время обитающих на одной территории (занимающих определенный ареал) и частично или полностью изолированных от особей других таких же групп.
Популяция королевских пингвинов на Фолклендских островах:
Компоненты: группы родственных особей
Основные процессы:
Науки, ведущих исследования на этом уровне:
2. Биогеоценотический уровень организации жизни (экосистемный)
Этот уровень представляет собой результат взаимодействия живых организмов с окружающей средой.
Биогеоценозы представляют собой саморегулирующиеся, исторически сложившиеся динамические сообщества, которые не являются полностью изолированными друг от друга.
Примером биогеоценоза служит биогеоценоз соснового или тропического леса, тайги, горной долины, пресного водоема, болота.
То есть в сосновом лесу могут обитать разные популяции животных и растений. При этом все они объединены общими абиотическими факторами и для жизни в этих условиях выработали особые приспособления.
Роль биогеоценотического уровня состоит в образовании устойчивых сообществ организмов разных видов, приспособленных к совместному проживанию в определенной среде обитания.
Компоненты биогеоценотического уровня: популяции различных видов, факторы среды, пищевые сети, потоки веществ и энергии.
Основные процессы биогеоценотического уровня:
Науки, ведущие исследования на биогеоценотическом уровне:
3. Биосферный уровень организации жизни
Биосфера— это живое вещество планеты (совокупность всех живых организмов планеты), включая человека и измененную им окружающую среду.
Здесь происходят все вещественно-энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.
Биосфера так же, как и биогеоценозы, представляет собой динамическую, постоянно изменяющуюся систему.
Компоненты биосферного уровня: биогеоценозы, антропогенное воздействие (воздействие человека).
Основные процессы биосферного уровня:
Науки, ведущие исследования на биосферном уровне:
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Он занимался многими науками, такими как минералогия, кристаллография, геохимия, геология, почвоведение, радиогеология, биология, палеонтология, биогеохимия, метеоритика, философия и история науки, а также организаторской и общественной деятельностью.
Кроме того, является основоположником научного направления, названного биогеохимией, которое легло в основу современного учения о биосфере.
Организменный уровень
Тканевой уровень
Клеточный уровень
Модель ступенчатой горки.
Эволюционно-обусловленные уровни организации жизни. Проявление главных свойств живого.
Органическая материя – сложная упорядоченная единая система(!,5 млн. видов). Она состоит из взаимосвязанных уровней, взаимодействующих и взаимовлияющих друг на друга. Они могут быть разной величины, высоты. Понятие среды для каждого уровня различно. Основной уровень – тот, к которому человек относит себя сам – неправильная точка зрения. Существуют разные подходы к уровням организации.
Космическая биология
Биосферология — биосферный
Биоценология – надвидовой
Эволюционная теория видов – видовой, популяционный
Ботаника, зоология, анатомия – организменный
Гистология – тканевой
Биология клетки – клеточный
Молекулярная биология – молекулярный
Субмолекулярная биология – электронно-генетический
Молекулярно – генетический уровень
У всех живых организмов (кроме РНК-содержащих вирусов) наследственная информация заключена в ДНК. В качестве поставщика энергии используют химические соединения (например, АТФ). АТФ у всех организмов образуется в схожих путях. Гены соединяются в группы сцепления на хромосомах.Клетка – целостная биологическая система со связями, жестко фиксированными. Клетка – основная структурная и живая единица живого. Клетка может существовать изолированно и независимо. Все организмы состоят из клеток. Уровень организации простейших совпадает с организменным уровнем. Зигота многоклеточного организма – одна клетка, но организменный уровень.Ткань — совокупность клеток и межклеточного вещества, клетки имеют одинаковое строение, происхождение и функции. Появляется у многоклеточных организмов, развивается в онтогенезе в процессе дифференцировки клеток и закладки органов. Типы тканей одинаковы для всех животных.Образуется в результате онтогенеза, филогенеза из-за дифференциации и объединения групп клеток воедино.
Среди перечисленных выше свойств дискретность, структурированность, вещественно-энергетическая открытость, противоэнтропийная направленность характеризуют в равной степени гены, клетки, особи, популяции, биогеоценозы, проявляясь, таким образом, на всех уровнях. Вместе с тем такое свойство, как наличие генотипа и фенотипа, прямо относится лишь к организменному уровню и, возможно, к клеточному. Нетрудно, однако, видеть, что и оно является всеобщим, определяющим жизнь как таковую. Действительно, генотипы представляют собой совокупность генов. С другой стороны, генотипы особей, принадлежащих одной популяции, образуют ее генофонд. Именно этот генофонд служит источником генотипов организмов каждого следующего поколения.
Биоценозы, в свою очередь, представляют собой не случайные ассоциации организмов разных видов, а исторически сложившиеся сообщества взаимоприспособленных организмов. Взаимоприспособленность складывалась в процессе эволюции живого населения определенной территории и закреплена наследственно в генофондах соответствующих популяций. Совокупность таких генофондов составляет генофонд биогеоценоза. Непосредственными носителями биологической (генетической) информации являются нуклеиновые кислоты и белки, составляющие элементарную основу соответственно генотипа и фенотипа. С учетом рассуждении, приведенных выше, наличие информационных макромолекул с полным основанием рассматривают как специфическую общую характеристику не только клетки или организма, но и жизни в целом.
Традиционно способность к росту как одно из свойств живого относят к организму, связывая его с индивидуальным развитием последнего. На самом деле закономерные циклы развития, включающие изменения размеров, характеризуют элементарные структуры всех уровней. Редупликация ДНК, образование четвертичных структур белков за счет объединения отдельных полипептидов в функциональный комплекс, рост клетки между делениями и особи в процессе онтогенеза, изменение численности особей в популяции, сукцессия биогеоценоза с достижением им климаксного состояния — вот примеры, обосновывающие приложимость названного свойства ко всей области жизни.
Результатом закономерных циклов развития элементарные структур разных уровней организации жизни нередко, действительно, бывает увеличение их количества, т.е. размножение в буквальном смысле. Редупликация приводит к увеличению числа молекул ДНК, клеточные циклы —количества клеток, размножение на популяционном уровне — числа особей. Вместе с тем размножение в биологическом понимании — это обязательно воспроизведение в известных пределах колебаний определенной внутренней организации. Принцип воспроизведения «себе подобного» лежит в основе сохранения во времени элементарных структур всех уровней и, следовательно, тех элементарных явлений, которые с ними связаны. На молекулярно-генетическом уровне это двойная спираль ДНК, клеточном —клетка, онтогенетическом — особь данного биологического вида, популяционно-видовом — популяция с присущим ей генофондом, возрастной и половой структурой, биогеоценотическом — определенный видовой состав, включающий продуценты, консументы, деструкторы.
Любая упорядоченность возникает на основе информации, которая и воспроизводится в соответствующей структуре. Первичная биологическая информация записана в молекулах нуклеиновых кислот. Расчеты показывают, однако, что ее одной недостаточно для кодирования всего многообразия живых структур от белковых молекул до различных биоценозов. Необходимая дополнительная информация появляется в биологических структурах в процессе их развития вследствие того, что они являются самоорганизующимися системами. Законы, которым следуют эти системы, изучает междисциплинарное направление науки — синергетика.
Самоорганизующиеся системы отличаются низкими значениями энтропии, т.е. находятся далеко от состояния термодинамического равновесия. Подобное неравновесное состояние поддерживается благодаря потокам энергии и веществ, проходящих через названные системы. Процессы в самоорганизующихся системах сопровождаются рассеиванием энергии, в связи с чем их называют диссипативными.
Важная черта диссипативных систем — целостность. Она проявляется в том, что поведение элементов в этих системах определяется в большей мере структурой самой системы и в меньшей — их собственными свойствами. В своем развитии системы проходят ряд устойчивых состояний, разделенных периодами неустойчивости, с которыми связано возникновение новой информации. В каждом из таких периодов возможен выбор между несколькими вариантами дальнейшего развития, однако в целом процессу развития свойственна эквифинальность, т.е. закономерное достижение определенного конечного результата. В периоды неустойчивости система отличается повышенной чувствительностью к действию разнообразных факторов (критические периоды).
Описанными выше чертами обладают такие биологические системы, как геном, клетка, организм, популяция, биогеоценоз. Всем им присуща способность к воспроизведению собственной структуры.
В основе проявлений жизни как особого явления лежит генетическая информация ДНК клеток. В ходе развертывания этой информации по законам, характерным для самоорганизующихся диссипативных систем, воссоздается иерархия биологических структур соответственно главным уровням организации жизни с типичными для них элементарными единицами и явлениями. Благодаря последним происходит процесс эволюции живой природы, сохраняющий жизнь на планете вот уже более 3,5 млрд. лет.
Живая природа является целостной, но неоднородной системой, которой свойственна иерархическая организация. Под системой, в науке понимают единство, или целостность, составленное из множества элементов, которые находятся в закономерных отношениях и связях друг с другом. Главные биологические категории, такие, как геном (генотип), клетка, организм, популяция, биогеоценоз, биосфера, представляют собой системы. Иерархической называется система, в которой части, или элементы, расположены в порядке от низшего к высшему. Так, в живой природе биосфера слагается из биогеоценозов, представленных популяциями организмов разных видов, а тела организмов имеют клеточное строение.
Иерархический принцип организации позволяет выделить в живой природе отдельные уровни, что удобно с точки зрения изучения жизни как сложного природного явления.
В медико-биологической науке широко используют классификацию уровней в соответствии с важнейшими частями, структурами и компонентами организма, являющимися для исследователей разных специальностей непосредственными объектами изучения. Такими объектами могут быть организм как таковой, органы, ткани, клетки, внутриклеточные структуры, молекулы. Выделение уровней рассматриваемой классификации хорошо согласуется с разрешающей способностью методов, которыми пользуются биологи и врачи: изучение объекта невооруженным глазом, с помощью лупы, светооптического микроскопа, электронного микроскопа, современных физико-химических методов. Очевидна связь этих уровней и с типичными размерами изучаемых биологических объектов (табл. 1.1).
Таблица 1.1. Уровня организации (изучения), выделяемые в многоклеточном организме (по Э. Дс. Робертсу и др., 1967, с изменениями)
Размеры объекта
Объект изучения
Уровень организации (по объекту изучения)
Уровень организации (по методу изучения)
0,1 мм (100мкм) и
более
Организм, органы
Организменный, органный
Анатомический
100—10 мкм
Ткани
Тканевый
Гистологический (светооптический)
20—0,2 мкм (200 нм)
Клетки (эукариотические и прокариотические)
Клеточный
Цитологический
200—1 нм
Клеточные компоненты
Субклеточный
Ультраструктурный (электронно-микроскопический)
Менее 1 нм
Молекулы
Макромолеку-лярный
Физико-химический
Взаимопроникновение идей и методов различных областей естествознания (физики, химии, биологии), возникновение наук на стыке этих областей (биофизика, биохимия, молекулярная биология) повлекли за собой расширение классификации, вплоть до выделения молекулярного и электронно-атомного уровней. Медико-биологические исследования, проводимые на этих уровнях, уже сейчас дают практический выход в здравоохранение. Так, приборы, основанные на явлениях электронного парамагнитного и ядерного магнитного резонанса, с успехом применяют для диагностики заболеваний и состояний организма.
Возможность исследовать фундаментальные биологические процессы, происходящие в организме, на клеточном, субклеточном и даже молекулярном уровнях является выдающейся, но не единственной отличительной чертой современной биологии. Для нее типичен углубленный интерес к процессам в сообществах организмов, которые определяют планетарную роль жизни.
Таким образом, классификация пополнилась надорганизменными уровнями, такими, как видовой, биогеоценотический, биосферный.
Разобранной выше классификации придерживается большинство конкретных медико-биологических и антропобиологических наук. Это неудивительно, так как она отражает уровни организации живой природы через исторически сложившиеся уровни ее изучения. В задачу курса биологии медицинского вуза входит преподать наиболее полную характеристику биологического «наследства» людей. Для решения этой задачи целесообразно воспользоваться классификацией, наиболее близко отражающей именно уровни организации жизни.
В названной классификации выделяются молекулярно-генетический, клеточный, Организменный, или онтогенетический, популяционно-видовой, биогеоценотический уровни. Особенность данной классификации заключается в том, что отдельные уровни иерархической системы жизни определяются в ней на общей основе выделения для каждого уровня элементарной единицы и элементарного явления. Элементарная единица — это структура или объект, закономерные изменения которых, обозначаемые как элементарное явление, составляют специфический для соответствующего уровня вклад в процесс сохранения и развития жизни. Соответствие выделяемых уровней узловым моментам эволюционного процесса, вне которого не стоит ни одно живое существо, делает их всеобщими, распространяющимися на всю область жизни, включая человека.
Элементарной единицей на молекулярно-генетическом уровне служит ген — фрагмент молекулы нуклеиновой кислоты, в котором записан определенный в качественном и количественном отношении объем биологической (генетической) информации. Элементарное явление заключается прежде всего в процессе конвариантной редупликации, или самовоспроизведении, с возможностью некоторых изменений в содержании закодированной в гене информации. Путем редупликации ДНК происходит копирование заключенной в генах биологической информации, что обеспечивает преемственность и сохранность (консерватизм) свойств организмов в ряду поколений. Редупликация, таким образом, является основой наследственности.
В силу ограниченной стабильности молекул или ошибок синтеза в ДНК (время от времени, но неизбежно) случаются нарушения, которые изменяют информацию генов. В последующей редупликации ДНК эти изменения воспроизводятся в молекулах-копиях и наследуются организмами дочернего поколения. Указанные изменения возникают и тиражируются закономерно, что и делает редупликацию ДНК конвариантной, т.е. происходящей иногда с некоторыми изменениями. Такие изменения в генетике получили название генных (или истинных) мутаций. Конвариантность редупликации, таким образом, служит основой мутационной изменчивости.
Биологическая информация, заключающаяся в молекулах ДНК, не участвует непосредственно в процессах жизнедеятельности. Она переходит в действующую форму, будучи перенесена в молекулы белков. Отмеченный перенос осуществляется благодаря механизму матричного синтеза, в котором исходная ДНК служит, как и в случае с редупликацией, матрицей (формой), но для образования не дочерней молекулы ДНК, а матричной РНК, контролирующей биосинтез белков. Отмеченное дает основание причислить матричный синтез информационных макромолекул также к элементарному явлению на молекулярно-генетическом уровне организации жизни.
Воплощение биологической информации в конкретные процессы жизнедеятельности требует специальных структур, энергии и разнообразных химических веществ (субстратов). Описанные выше условия в живой природе обеспечивает клетка, служащая элементарной структурой клеточного уровня. Элементарное явление представлено реакциями клеточного метаболизма, составляющими основу потоков энергии, веществ и информации. Благодаря деятельности клетки поступающие извне вещества превращаются в субстраты и энергию, которые используются (в соответствии с имеющейся генетической информацией) в процессе биосинтеза белков и других соединений, необходимых организму. Таким образом, на клеточном уровне сопрягаются механизмы передачи биологической информации и превращения веществ и энергии. Элементарное явление на этом уровне служит энергетической и вещественной основой жизни на всех других уровнях ее организации.
Элементарной единицей организме/того уровня является особь в ее развитии от момента зарождения до прекращения существования в качестве живой системы, что позволяет также назвать этот уровень онтогенетическим. Закономерные изменения организма в индивидуальном развитии составляют элементарное явление данного уровня. Эти изменения обеспечивают рост организма, дифференциацию его частей и одновременно интеграцию развития в единое целое, специализацию клеток, органов и тканей. В ходе онтогенеза в определенных условиях внешней среды происходит воплощение наследственной информации в биологические структуры и процессы, на основе генотипа формируется фенотип организмов данного вида.
Элементарной единицей популяционно-видового уровня служит популяция — совокупность особей одного вида. Объединение особей в популяцию происходит благодаря общности генофонда, используемого в процессе полового размножения для создания генотипов особей следующего поколения. Популяция в силу возможности межпопуляционных скрещиваний представляет собой открытую генетическую систему. Действие на генофонд популяции элементарных эволюционных факторов, таких, как мутационный процесс, колебания численности особей, естественный отбор, приводит к эволюционно значимым изменениям генофонда, которые представляют элементарные явления на данном уровне.
Организмы одного вида населяют территорию с известными абиотическими показателями (климат, химизм почв, гидрологические условия) и взаимодействуют с организмами других видов. В процессе совместного исторического развития на определенной территории организмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые во времени сообщества — биогеоценозы, которые служат элементарной единицей биогеоценотического (экосистемного) уровня. Элементарное явление на рассматриваемом уровне представлено потоками энергии и круговоротами веществ. Ведущая роль в этих круговоротах и потоках принадлежит живым организмам. Биогеоценоз — это открытая в вещественном и энергетическом плане система. Биогеоценозы, различаясь по видовому составу и характеристикам абиотической своей части, объединены на планете в единый комплекс — область распространения жизни, или биосферу.
Приведенные выше уровни отражают важнейшие биологические явления, без которых невозможны эволюция и, следовательно, само существование жизни. Хотя элементарные единицы и явления на выделяемых уровнях различны, все они тесно взаимосвязаны, решая свою специфическую задачу в рамках единого эволюционного процесса. С конвариантной редупликацией на молекулярно-генетическом уровне связаны элементарные основы этого процесса в виде явлений наследственности и истинной мутационной изменчивости. Особая роль клеточного уровня состоит в энергетическом, вещественном и информационном обеспечении происходящего на всех других уровнях. На онтогенетическом уровне биологическая информация, находящаяся в генах, преобразуется в комплекс признаков и свойств организма. Возникающий таким образом фенотип становится доступным действию естественного отбора. На популяционно-видовом уровне определяется эволюционная ценность изменений, относящихся к молекулярно-генетическому, клеточному и онтогенетическому уровням. Специфическая роль биогеоценотического уровня состоит в образовании сообществ организмов разных видов, приспособленных к совместному проживанию в определенной среде обитания. Важной отличительной чертой таких сообществ является их устойчивость во времени.
Рассмотренные уровни отражают общую структуру эволюционного процесса, закономерным результатом которого является человек. Поэтому типичные для этих уровней элементарные структуры и явления распространяются и на людей, правда, с некоторыми особенностями в силу их социальной сущности.