Как вы считаете в чем заключается необходимость выделения различных уровней живой материи

Макромолекула, в том числе ген

Органоид клетки

Организм

Вид

Обозначенные в таблице уровни и подуровни представляют так называемые логические системы, они отражают сложность и иерархию структурно-функциональной организации биосистем в настоящее время. Кроме того, можно выделить исторические системы, условные объединения организмов, начиная с популяций, отражающие историю их происхождения и развития в ходе эволюции. Это – вид, род, семейство, отряд (порядок), класс, тип (отдел), царство, империя.

Дадим краткую характеристику структурно-функциональных (логических) уровней организации живых систем.

МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ

Представлен разнообразными молекулами, находящимися в живой клетке.

На уровне макромолекул степень сложности систем, по сравнению с обычными молекулами, растет. Однако этот уровень еще не достаточен для возникновения полноценной жизни.

Макромолекулами принято называть очень крупные, обычно полимерные (многозвенные) молекулы. В живых организмах различают четыре типа макромолекул: углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты. Они образуют химическую основу клеток, хотя некоторые углеводы и белки входят также в состав межклеточного вещества, обычно вместе с солями (основное вещество хряща, кости).

Рис. Структура основных макромолекул.

Онтогенетический уровень

Онтогенез- это индивидуальное развитие организма, начиная от одной клетки (зиготы, образующейся при слиянии яйцеклетки и сперматозоида) до взрослого многоклеточного существа со множеством специализированных тканей и органов.

Клеточный подуровень:

Клетка — это структурно-функциональная единица живого. Процессы, происходящие в клетке, лежат в основе роста и развития живых организмов.

Необходимость объединения этих подуровней в один онтогенетический уровень вызвана двумя причинами. Во-первых, зигота – по сути обычная клетка – уже представляет организм, хотя и на одноклеточной стадии развития. Во-вторых, в природе существуют не только многоклеточные, но и одноклеточные организмы как животного, так и растительного свойства – амеба, инфузория, эвглена, хлорелла и др. Бактерии – особо мелкие и безъядерные (прокариотные) клетки – тоже самостоятельные организмы, хотя живут обычно колониями. Так что понятия «клетка» и «организм» в определенных случаях совпадают.

Из сказанного следует очень важный вывод: клетка является наименьшей, то есть элементарной живой системой, так как ей присущи все свойства живого организма, свойства жизни как явления. Клетка, как и многоклеточный организм способна питаться, поглощать энергию, синтезировать вещества, двигаться, реагировать на раздражители, размножаться, приспосабливаться и д.т. Этому способствует достаточно высокая степень структурной дискретности – внутреннее расчленение клетки на органоиды, изолированные отсеки – особенно выраженная у высших эукариотических клеток. Рис.Схема организации про- и эукариотной клеток.

Существует нерешенная проблема клеточного уровня (подуровня), связанная с наличием в природе двух типов клеточной организации – прокариот и эукариот.Прокариоты(доядерные)- это мелкие (около 1 мкм) клетки, не имеющие ядра и других органоидов, типичных для эукариот. Наследственное вещество – ДНК – лежит свободно в цитоплазме, а прочие функциональные блоки тоже представлены небольшими макромолекулярными комплексами без оболочек. К прокариотам относятся все бактерии и так называемые сине-зеленые водоросли.Эукариоты(с настоящим ядром)- крупные (10-50 и более мкм) клетки, в которых ДНК в форме хромосом заключена в ядре и большинство рабочих структур, ферментов организовано в изолированных органоидах. Изолирующую роль для ядра и органоидов выполняют такие же липидно-белковые мембраны, как и мембрана клеточной поверхности. Эукариотную организацию имеют одноклеточные простейшие (амеба, инфузория и другие) и клетки многоклеточных организмов: грибов, растений, животных, включая человека. Суть проблемы не в размерных и даже не в структурных различиях двух типов клеток, а в том, что некоторые органоиды эукариотных клеток, такие как митохондрии и хлоропласты, похожи на прокариот – бактерий и сине-зеленых водорослей. Они имеют собственную ДНК, аппарат синтеза белка (рибосомы), систему энергообеспечения и, таким образом, мало зависят от других структур клетки, в частности от ядерной ДНК. На этом основании разработана симбиотическая гипотеза о происхождении эукариотической клетки на основе симбиоза (взаимовыгодного объединения) некогда самостоятельных прокариотических клеток. В таком случае про- и эукариотические клетки не только по уровню сложности, но и по происхождению должны представлять разные – низший и высший – подуровни клеточного уровня организации.

Тканевый подуровень:

Ткань — это сово­купность клеток, сходных по строению, происхождению и выполняемой функции. В состав ткани входит также межклеточное вещество. Ткани и органы представляют основные промежуточные подуровни между клеткой и организмом. Естественно, что эти подуровни можно выделить только у многоклеточных животных, растений, грибов.

Например, у человека различают эпителиальную (покровную) ткань, мышечную, нервную и соединительную (рыхлую, плотную, хрящевую, костную, кровь и лимфу). Ткани состоят из клеток и межклеточного связующего вещества.

Органнный подуровень:

Орган — это обособленная часть организма, имеющая определен­ную форму, строение, расположение и выполняющая конкретную функцию. Орган, как правило, образован несколькими тканями, среди которых одна (реже — две) преобладает.

Органы состоят из разных тканей. Так, сердце кроме основной мышечной ткани включает рыхлую соединительную, кровь, нервные элементы и эпителиальные оболочки. Головной мозг наряду с нервными клетками содержит питающие их кровеносные сосуды, желудочки, выстланные специальным эпителием. Многие органы объединены в системы органов (пищеварительную, кровеносную и др.).

Организменный (онтогенетический) подуровень:

Организм — целостная одноклеточная или многоклеточная живая система, способная к самостоятельному существованию и поддержанию гомеостаза (т. е. постоянства внутренней среды). Многоклеточный организм представляет собой совокупность тканей и органов.

Наконец,многоклеточный организм, как и отдельная клетка, представляет законченный и устойчивый уровень биологической организации.Организм, или особь, способен к самостоятельному существованию, размножению и развитию.

ПОПУЛЯЦИОННО-ВИДОВОЙ УРОВЕНЬ

Вид- важнейшая биологическая категория, которая определяется как совокупность особей (организмов), обладающих наследственным сходством по морфологическим, физиологическим, генетическим, эколого-географическим признакам, способных свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство. Со времен Карла Линнея (выдающийся шведский натуралист 18 века) биологические виды обозначаются двойным наименованием на латинском языке – первое слово обозначает род, второе – вид. Например, Phaseolus vulgaris – фасоль обыкновенная, Passer domesticus – воробей домовый, Homo sapiens – человек разумный.

Главное в определении вида (его главный критерий) – способность особей скрещиваться и, более того, оставлять плодовитое потомство. В диких условиях особи разных видов не скрещиваются. Искусственно можно скрестить лошадь и осла, но их потомство – мул – бесплодно. Так что лошадь и осел – разные виды.

Каждый вид занимает на Земле определенный ареал- территорию или акваторию (эколого-географический критерий вида). Иногда это – небольшой, изолированный участок, например, Манчжурская тайга для амурского тигра. Такие виды называют эндемичными, или эндемиками. В других случаях вид распространен по всему земному шару – виды-космополиты. Чаще ареал вида бывает разорван, вид существует отдельными группировками – популяциями.

Популяция- некоторая изолированная совокупность особей одного вида, длительное время населяющая определенный ареал и способная к свободному скрещиванию. Кроме ареала популяция имеет и определенную экологическую нишу. Если ареал – это адрес популяции, то экологическая ниша – ее образ жизни: состав пищи, враги, водный режим, ярус леса и т.п. Но главное качество популяции как единицы воспроизведения и эволюции биологических видов – доступность ее особей к свободному скрещиванию, то есть свободная комбинаторика родительских генов. Постепенное расхождение генетической структуры популяций рождает новые виды. Поэтому иногда трудно провести грань между популяцией и видом, поэтому эти категории и рассматриваются в рамках одного уровня организации

Биогеоценотический (Экосистемный) уровень.

Представлен разнообразием естественных и культурных биогеоценозов во всех средах жизни

Обеспечение живых организмов условиями обитания и ресурсами (пищей и убежищемБиогеоценоз — исторически сложившаяся совокупность организмов разных видов, взаимодействующая со всеми факторами их среды обитания.

Биосферный (глобальный) уровень.

Представлен высшей, глобальной формой организации биосистем — биосферой

Биосфера — биологическая система высшего ран­га, охватывающая все явления жизни в атмосфере, гидросфере, литосфере и объединяю­щая все экосистемы в единый комплекс. На этом уровне происходят вещественно-энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.

Биологические макромолекулы, входящие в состав живых систем.

Понятие «макромолекула» совпадает с химическим определением полимера. Макромолекулы состоят из большого числа (сотен, тысяч и более) повторяющихся элементовзвеньев. Важнейшими макромолекулами, входящими в состав живых организмов, являются нуклеиновые кислоты, белки и углеводы (полисахариды). К макромолекулам можно отнести также, например, каучук — углеводород, входя­щий в состав латекса (сока дерева гевеи). Наиболее распространенными на нашей пла­нете макромолекулами являются полисахари­ды целлюлоза и хитин.

Свойства живого на различных уровнях организации.

Для всех уровней организации живой материи на Земле характерно единство химического и биохимического состава; обязательно присутствие основных макромолекул. Каждый уровень представляет собой целостную систему, состоящую из взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Наличие этого взаимодействия обеспечивает саморегуляцию системы, ее рост, развитие и общее увеличение биомассы (размножение). Наконец, на любом уровне организации живой материи мы наблюдаем процессы обмена веществ и энергии с окружающей средой, а также способность отвечать на изменения окружающего мира и приспосабливаться к ним. Конечно, клетка и экосистема поразному отвечают, например, на повышение температуры или сезонные изменения освещенности, но сам принцип реагирования (раздражимости) присущ живой материи на любой ступени ее организации.

Методы исследования живой материи

Перечислим основные методы исследования живых объектов. Метод наблюдения и связанный с ним описательный метод основаны на сборе фактического материала. С их применения начинается большинство биологических иссле­дований. Особое значение эти методы имеют, например, для анатомических дисциплин (изучение строения организма человека, растений, животных).

Сравнительный метод позволяет, сопоставляя разные организмы, выявлять их сходство и различие. Благодаря этому методу были заложены основы систематики растений и жи­вотных, создана клеточная теория.

Исторический метод позволяет выявить закономерности появления организмов, их развития, усложнения структуры и функций. Он имеет ключевое значение для теории эволюции, эмбриологии (науки об индивидуальном развитии организмов).

Экспериментальный метод в настоящее время, пожалуй, наиболее актуален. Ученый, использующий экспериментальный метод, активно влияет на организм, помещая его в те или иные условия, оказывая на него различные воздействия и изучая ответные реакции.

Метод компьютерного моделирования незаменим для исследования биологических процессов, воссоздать которые в реальности очень сложно либо вообще невозможно. С помощью моделирования можно, например, за несколько дней оценить действие на организм сотен лекарственных препаратов и выбрать наиболее эффективный. На аналогичные экспериментальные исследования ушли бы многие месяцы.

Заключение:

Таким образом, мы видим, что вопрос о структурных уровнях в биологии имеет некоторые особенности по сравнению с его рассмотрением в физике. Эта особенность состоит в том, что изучение каждого уровня организации в биологии ставит своей главной целью объяснение феномена жизни. Действительно, если в физике деление на структурные уровни материи в достаточной степени условно (критериями являются масса и размеры), то уровни материи в биологии отличаются не столько размерами или уровнями сложности, сколько, закономерностями функционирования.

Действительно, если, например, исследователь изучил физико-химические свойства биологического объекта и его структуру, но не установил его биологического назначения в целостной системе, это будет означать, что изучен ещё один определенный объект, но не уровень живой материи.

Ещё одна особенность структуризации живой материи состоит в иерархической соподчиненности уровней. Это означает, что низшие уровни как единое целое входят в высшие. Эта концепция структуризации получила название «многоуровневой иерархической матрешки».

Важно отметить также, что число выделяемых в биологии уровней зависит от глубины профессионального изучения мира живого.

Источник

Как вы считаете в чем заключается необходимость выделения различных уровней живой материи

Подробное решение параграф § 3 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2014

Какие уровни организации живой материи вам известны?

Какие вы знаете методы научных исследований?

Вопросы для повторения и задания

1. Как вы считаете, почему необходимо выделять различные уровни организации живой материи?

Жизнь на нашей планете представлена саморегулирующимися и самовоспроизводящимися системами различного ранга, открытыми для вещества, энергии и информации. Происходящие в них процессы жизнедеятельности и развития обеспечивают существование и взаимодействие этих систем. На каждом уровне организации живой материи существуют свои специфические особенности, поэтому в любых биологических исследованиях, как правило, какой-то определённый уровень является ведущим. Так, например, механизмы деления клетки изучают на клеточном уровне, а основные успехи в области генной инженерии достигнуты на молекулярно-генетическом. Но такое разделение проблем по уровням организации является весьма условным, потому что большинство задач биологии так или иначе касаются одновременно нескольких уровней, а порой и всех сразу. Например, проблемы эволюции затрагивают все уровни организации, а методы генной инженерии, реализуемые на молекулярно-генетическом уровне, направлены на изменение свойств всего организма.

2. Перечислите и охарактеризуйте уровни организации живой материи.

Молекулярно-генетический уровень. Как бы сложно ни была организована любая живая система, в её основе лежит взаимодействие биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, углеводов, а также других органических и неорганических веществ.

Клеточный уровень. Клетка — это структурно-функциональная единица всего живого. Существование клетки лежит в основе размножения, роста и развития живых организмов.

Тканевый уровень. Ткань — это совокупность клеток и межклеточного вещества, объединённых общностью происхождения, строения и выполняемой функции. В животных организмах выделяют четыре основных типа ткани: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную. В растениях различают образовательные, покровные, проводящие, механические, основные и выделительные (секреторные) ткани.

Органный уровень. Орган — это обособленная часть организма, имеющая определённую форму, строение, расположение и выполняющая конкретную функцию. Орган, как правило, образован несколькими тканями, среди которых одна (две) преобладает.

Организменный (онтогенетический) уровень. Организм — это целостная одноклеточная или многоклеточная живая система,

способная к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован, как правило, совокупностью тканей и органов.

Популяционно-видовой уровень. Популяция — совокупность особей одного вида, в течение длительного времени проживающих на определённой территории, внутри которой осуществляется в той или иной степени случайное скрещивание и нет существенных внутренних изоляционных барьеров; она частично или полностью изолирована от других популяций данного вида.

Биогеоценотический (экосистемный) уровень. Биогеоценоз — исторически сложившаяся совокупность организмов разных видов, взаимодействующая со всеми факторами их среды обитания. В биогеоценозах осуществляется круговорот веществ и энергии.

Биосферный (глобальный) уровень. Биосфера — биологическая система высшего ранга, охватывающая все явления жизни в атмосфере, гидросфере и литосфере. Биосфера объединяет все биогеоценозы (экосистемы) в единый комплекс. В ней происходят все вещественно – энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.

3. Назовите биологические макромолекулы, входящие в состав живых систем.

Биологические макромолекулы: нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, липиды.

4. Как проявляются свойства живого на различных уровнях организации?

5. Какие методы исследования живой материи вы знаете?

Научный метод – это совокупность действий, призванных помочь достижению желаемого результата.

Методы, используемые в биологии:

а. Эмпирические – наблюдение и эксперимент.

б. Теоретические – сравнение, анализ, синтез, обобщение, моделирование, математические обработка, исторический.

6. Может ли многоклеточный организм не иметь тканей и органов? Если вы считаете, что может, приведите примеры таких организмов.

Да, может. Таким примером служит отдел Низших растений, к которым относят все виды водорослей. Это низшие растения, состоящие из одной или нескольких клеток, последние образуют нити или слоевища, для крепления используют ризоиды. Дифференциации на ткани и органы отсутствует, поэтому они отнесены к отделу Низшие растения.

Подумайте! Вспомните!

1. Выделите основные признаки понятия «биологическая система».

– Система – упорядоченность, порядок, целостность, организация

2. Согласны ли вы с тем, что описательный период в биологии продолжается и в XXI в.? Ответ обоснуйте.

Да. Описательный метод исследования — это такой научный метод, который включает наблюдение и описание поведения участника без какого бы то ни было влияния на него. Многие другие методы сопровождаются описанием, это эксперимент, обобщение, исторический и др., даже моделирование и эксперимент в дальнейшем необходимо описать.

3. Рассмотрите рис. 5.

Определите, какое изображение было получено при помощи световой микроскопии, какое — при помощи электронной, а какое — результат использования сканирующего микроскопа. Объясните свой выбор.

А – световой микроскоп, его увеличение недостаточно большое, поэтому видны не все структуры (органоиды) одноклеточного животного; Б – электронный микроскоп, увеличение большое, можно различить структуры, находящиеся в цитоплазме, видны микроскопические структуры – цитоскелет (микротрубочки в цитоплазме); В – сканирующий микроскоп, видно объемное очертание организма, структура оболочки.

4. Из предыдущих курсов биологии, физики, химии или других предметов вспомните какую-нибудь хорошо известную вам теорию (закон или правило). Попробуйте описать основные этапы её (его) формирования.

Атомно-молекулярное учение М.В. Ломоносова (химия)

– Античная атомистика – представление о материи, возникшее в Древней Греции (Левкипп и его ученик Демокрит, 460-370 гг. до н.э.) Демокрит назвал мельчайшие частицы, из которых состоит вещество, «неделимые», что в переводе на греческий значит «атомы». Демокрит, развивая новое учение – атомистику, приписал атомам такие современные свойства, как размер и форму, способность к движению.

– Становление атомистической гипотезы. Последователь Демокрита Эпикур (342–270 гг. до н.э.) придал древнегреческой атомистике завершенность, предположив, что у атомов существует внутренний источник движения и они сами способны взаимодействовать друг с другом.

– Атомистическая теория Дальтона (1808 г.)

1) Все вещества состоят из атомов

2) Атомы одного химического вещества (химический элемент) обладают одинаковыми свойствами, но отличаются от атомов другого вещества

3) При взаимодействии атомов образуются молекулы (гомоядерные — простые вещества, гетероядерные — сложные вещества)

4) При физических явлениях молекулы не изменяются, при химических происходит изменение их состава

5) Химические реакции заключаются в образовании новых веществ из тех же самых атомов, из которых состояли исходные вещества.

5. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, подготовьте презентацию или красочный стенд на тему «Современное научное оборудование и его роль в решении биологических задач». С каким оборудованием вы уже познакомились при изучении курса «Человек и его здоровье»? Для каких целей его используют? Можно ли медицинское оборудование считать биологическим? Объясните свою точку зрения.

Современное научное оборудование и его роль в решении биологических задач:

– Лазерного конфокального микроскопа

– Моторизированных флуоресцентных микроскопов

– Автоматический ротационный микротом

– Автоматический микротом с вибрирующим лезвием

– Стереомикроскоп stemi-2000 cs с системой осветителей проходящего и падающего света

– Высокоскоростной клеточный сортера используется для анализа и разделения клеток по принципу флуоресценции

– Спектрофотометр hitachi-557 предназначен для измерения коэффициента пропускания и оптической плотности растворов и твердых образцов

– Высокоэффективный жидкостный микроколоночный хроматограф

– Просвечивающий электронный микроскоп

Можно ли медицинское оборудование считать биологическим? Объясните свою точку зрения.

Ваша будущая профессия

1. Оцените роль науки в жизни каждого человека и общества в целом. Напишите эссе по данной теме. Обсудите в классе, существует ли в настоящее время профессиональная деятельность, на которую не влияет развитие науки.

2. Оцените значение информации в современном обществе. Какова роль информации в успешном профессиональном росте? Раскройте смысл высказывания премьер-министра Великобритании Уинстона Черчилля (1874—1965) «Кто владеет информацией — тот владеет миром».

3. Попробуйте смоделировать ситуации, в которых вам могут пригодиться знания, полученные при изучении этой главы.

В настоящее время активно развиваются прикладные отрасли ботаники: растениеводство, лесное хозяйство, фармакология и парфюмерная промышленность. Велика роль ботаники в увеличении продуктивности культурных растений, в решении мировой продовольственной проблемы. На первый план выходят такие задачи, как рациональное использование и сохранение растительного мира, защита растений от неблагоприятных факторов. Многие современные науки, такие как генетика, молекулярная биология, экология, решают свои актуальные задачи, используя для исследования животных. Тесно связана с практической деятельностью человека прикладная зоология, которая включает сельскохозяйственную, лесную, медицинскую зоологию, паразитологию и другие разделы.

4. Специальность — комплекс приобретённых путём специальной подготовки и опыта работы знаний, умений и навыков, необходимых для определённого вида деятельности в рамках той или иной профессии. Профессия — социально значимый род занятий человека, вид его деятельности. Определите, что из ниже приведённого списка относится к специальности, а что — к профессии: биология, инженер-эколог, биотехнолог, экология, генный инженер, молекулярный биолог. Аргументируйте свой выбор.

Источник

• ← На что следует обращать внимание при выборе туристического агентства
• Мидриатическое средство это что такое →