Особенности биологического уровня организации материи кратко
Обновлено: 05.07.2024
Иерархическая организация природных биологических систем:
биополимеры – органеллы – клетки – ткани – органы – организмы – популяции – виды
Иерархическая организация природных экологических систем:
особь – популяция – биоценоз – биогеоценоз – экосистемы более высокого ранга (саванна, тайга, океан) – биосфера)
Химический состав живого: элементы-органогены, микроэлементы, макроэлементы, их основная роль в живом
Химический состав живого: атом углерода – главный элемент живого, его уникальные особенности:
- способность атомов связываться друг с другом с образованием разнообразных структур, являющихся несущей основой органических молекул
- способность связываться с другими атомами близких радиусов (кислородом, азотом, серой) с образованием менее прочных связей (возникновение функциональных групп), которые обусловливают химическую активность органических соединений
Химический состав живого: вода, ее роль для живой природы:
- высокая полярность воды и как следствие – химическая активность и высокая растворяющая способность
- высокая теплоемкость воды, высокие теплоты испарения и плавления – основа для поддержания температурного гомеостаза живых организмов и регулирования тепла планеты
- аномальная плотность в твердом состоянии – причина существования жизни в замерзающих водоемах
- высокое поверхностное натяжение – жизнь на поверхности гидросферы, передвижение растворов по сосудам растений
Химический состав живого: особенности органических биополимеров как высокомолекулярных соединений – высокая молекулярная масса, способность образовывать пространственные и надмолекулярные структуры, разнообразие строения и свойств
Симметрия и асимметрия живого
Хиральность молекул живого
Открытость живых систем
Обмен веществ и энергии
Гомеостаз как относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды живой системы
Каталитический характер химии живого
Специфические свойства ферментативного катализа: чрезвычайно высокие избирательность и скорость, главные причины которых – комплементарность фермента и реагента, высокомолекулярная природа фермента
& Краткое содержание
Биология—учение о жизни. Предметом биологии является жизнь как особая форма движения материи (Философский словарь).
Поясним некоторые слова в этом определении.
- Макроскопическая система – это система, состоящая из большого числа различных частиц (атомов, молекул).
- Гетерогенная живая система построена из множества различных веществ, которые не смешиваются друг с другом.
- Живые организмы – открытые системы, так как они обмениваются с окружающей средой веществом, энергией и информацией.
Предметом биологии являются все проявления жизни:
· строение и функции живых существ и их природных сообществ;
· распространение, происхождение и развитие живых организмов и их сообществ;
· связи живых существ и их сообществ друг с другом и с неживой природой.
Задача биологии состоит в изучении всех биологических закономерностей и в раскрытии сущности жизни и ее проявлений с целью познания и управления ими.
Основные признаки жизни
Одной из самых сокровенных тайн во все века была тайна происхождения человека и всего живого на Земле. Ученые разных времен и народов высказывали всевозможные гипотезы о том, когда и как на Земле зародилась жизнь, пытались найти ответы на вопросы: что такое жизнь и чем живое отличается от неживого?
Культура древнего мира не признавала разделения на живое и неживое. Все существующее в мире и доступное наблюдению представлялось живым (анимизм).
С накоплением опыта общения с природой, наблюдения и экспериментирования сформировались представления о границе между живым и неживым. Однако наличие в природе переходных форм между живым и неживым (например, вирусы) не позволяет провести четкую грань между живым и неживым. Поэтому современная биология все чаще идет по пути перечисления основных свойств живых организмов.
Переходы между живым и неживым:
· Живое возникает на основе неживого.
· После реализации жизненной программы живое возвращается в свое первоначальное состояние.
· Оба процесса происходят без малейшего вмешательства каких либо сверхъестественных сил и в деталях изучаются учеными.
Реализация жизни происходит через конкретные физические и химические процессы, а сама жизнь может существовать только при определенных физических и химических условиях.
Приведем основные признаки жизни, синтез которых, их совокупность и взаимосвязь с той или иной степенью надежности позволяют отнести организмы к живым или неживым.
Специфические особенности живых систем, отличающие их от систем неживых, определяются следующими качествами:
1. Единство химического состава и высокий уровень организации веществ, образующих биологическую систему. Живые системы состоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы. Но их соотношение неодинаково. В живых организмах всего 6 элементов составляют около 98% химического состава. Это кислород, углерод, водород, азот, фосфор и кальций. Живые организмы содержат такие сложные органические вещества, как белки, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), ферменты, которых нет в неживой природе.
2. Живые системы – открытые системы, используют внешние источники энергии в виде пищи, света и т.п. Через них проходит поток веществ и энергии, благодаря чему в живых организмах осуществляется обмен веществ – метаболизм. Метаболизм состоит из двух противоположных процессов:
· анаболизм или ассимиляция – синтез веществ;
· катаболизм или диссимиляция – распад сложных веществ пищи на простые с выделением энергии, которая используется для биосинтеза веществ, специфичных для данного организма.
3. Живые системы – самоуправляющиеся, саморегулирующиеся, самоорганизующиеся системы.
· Саморегуляция – свойство живых систем устанавливать и поддерживать на определенном уровне физиологические или другие показатели. Такое состояние динамического равновесия системы называется гомеостаз.
· Самоорганизация – свойство живой системы приспосабливаться к изменяющимся условиям внешней среды за счет изменения внутренней структуры управления. Управляющие факторы возникают в самой системе в процессе переработки информации, которой живая система обменивается с внешней средой. Это означает, что живые организмы — самоуправляющиеся системы.
4. Живые системы – самовоспроизводящиеся системы. Это их свойство сохраняет жизнь вида на длительное время. В основе само воспроизводства лежит генетическая программа, которая задает алгоритм образования новых молекул и сложных структур. Благодаря этому живое существо всегда воспроизводит себе подобное, передавая потомкам информацию о способе существования и приспособляемости к внешним условиям. Генетический материал определяет направление развития организма.
5. Изменчивость (= индивидуальность). Рождающиеся потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них. Изменения появляются уже на самых ранних стадиях эмбрионального развития, так как информация в процессе передачи несколько видоизменяется, искажается. Благодаря изменчивости организм приобретает новые признаки и свойства.
6. Живые организмы растут и развиваются. Рост — увеличение в размерах и массе с сохранением общих черт строения. Развитие сопровождается возникновением новых черт и качеств. Так, у растения или животного появляются новые ветки или новые органы.
7. Раздражимость — неотъемлемая черта всего живого. Раздражимость связана с передачей информации из внешней среды живой системе и проявляется в виде ответной реакции системы. Способность реагировать на внешние раздражения - это универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных.
8. Реакция на среду и приспособление к ней. Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни. Строение птицы, рыбы, дождевого червя полностью соответствует условиям, в которых они живут.
9. Способность к образованию относительно самостоятельных надорганизменных образований (биогеоценозов и экосистем).
10. Реализация инстинктивных и приобретенных форм поведения.
11. Конечность существования (смертность).
12. Дискретность и целостность. Живые системы в природе относительно обособлены друг от друга (особи, популяции, виды). Любая особь многоклеточного животного состоит из клеток, а любая клетка и одноклеточные существа – из определенных органелл. Органеллы состоят из дискретных, обычно высокомолекулярных органических веществ, которые, в свою очередь, состоят из дискретных атомов и т.д.
13 (см. п. 4). Способность к конвариантной редупликации — к самовоспроизведению ДНК (основных управляющих систем) на основе матричного принципа синтеза макромолекул. Благодаря способности к самовоспроизведению молекулы ДНК исполняют роль носителя наследственной информации. Ошибка в репликации ДНК ведет к мутациям, т.е. к изменениям наследственной основы организма. Последние суть фундаментальное свойство жизни и исходная предпосылка эволюции. Мутации являются элементарным эволюционным материалом, на котором работает естественный отбор.
Ни один из перечисленных признаков (а их можно привести еще 10-20) не является самым главным, определяющим. Только все признаки вместе взятые позволяют провести границу между живым и неживым в природе.
Наука – это лишь один из путей познания окружающего нас мира. Историки, изучая прошлое, пытаются понять, что происходило, а иногда и предсказать, что произойдёт. Философы пытаются вскрыть общие законы развития природы и общества, а биологи – познать истинную сущность живой природы.Нашему времени свойственна всё более возрастающая роль биологии как науки. Трудно найти отрасль хозяйства, в которой не использовались бы биологические знания. В дальнейшем практическое значение биологии ещё больше возрастёт. Это связано с быстрыми темпами роста населения планеты, а также с постоянно возрастающей численностью городского населения, непосредственно не участвующего в сельскохозяйственном производстве. В такой ситуации основой увеличения пищевых ресурсов может быть лишь интенсификация сельского хозяйства. Важную роль в этом процессе будет играть выведение новых высокопродуктивных форм микроорганизмов, растений и животных, рациональное, научно обоснованное использование природных богатств. Все эти задачи можно решить изучая особенности биологического уровня организации материиБольшое значение в биологии придаётся решению проблем, связанных с выяснением тонких механизмов биосинтеза белка, раскрытием тайн фотосинтеза, которые откроют путь синтезу органических пищевых веществ вне растительных и животных организмов. Кроме того, использование в промышленности (в строительстве, при создании новых машин и механизмов) принципов организации живых существ (бионика) приносит в настоящее время и даст в будущем значительный экономический эффект.Очень важно знание биологии для воспитания бережного отношения к окружающей нас природе, источнику нашего существования, для умения рационально использовать природные ресурсы. Основные задачи данной работы:
Описать предмет биологии как науки;
Проанализировать структуру биологии как науки и этапы её развития;
Выявить сущность живого и охарактеризовать его основные признаки.
Цель работы – дать представление о структуре живой материи, наиболее общих её законах, познакомиться с многообразием жизни и историей её развития на Земле, познакомится с особенностями биологического уровня организации материи.
Предмет биологии как науки
Структура биологии как науки
В настоящее время биология представляет собой целый комплекс наук о живой природе. Структуру его можно рассматривать с разных точек зрения:
По предмету изучения биология подразделяется на микробиологию, изучающую мир бактерий; ботанику, исследующую строение и жизнедеятельность растений; зоологию, предметом которой являются животные и т. д.
По общим свойствам живых организмов в биологии выделяются: генетика (закономерности наследования признаков); биохимия (пути превращения органических молекул); экология (взаимоотношения популяций с окружающей средой); физиология (функции живых организмов).
По уровню организации живой материи выделяются такие научные дисциплины, как молекулярная биология; цитология – учение о клетке; гистология – учение о тканях и т. д.
Основные этапы развития биологии
Изучение мира живых существ началось одновременно с образованием человеческого общества. Интерес к познанию живого у человека был связан с его важнейшими потребностями – в пище, лекарствах, одежде, жилье и т. д. Биология как наука о закономерностях жизни и особенностях организации живой материи прошла определённый путь, на отдельных этапах которого возникали новые способы познания биологических явлений и механизмов.Современная биология уходит корнями в древность и берёт начало в странах Средиземноморья (Древний Египет, Древняя Греция). Первая попытка систематизировать и обобщить накопленные знания о растениях и животных и их жизнедеятельности была осуществлена Аристотелем (IV в. до н. э.). В развитии биологии выделяют три основных этапа:
Первый – систематики (Карл Линней);
Второй – эволюционный (Чарльз Дарвин);
Третий – микробиологии (Грегор Мендель).
Сущность организации живой материи и ее основные признаки
Уровни организации живой материи
Мир живой природы представляет собой совокупность биологических систем разного уровня организации и различной соподчинённости. Они находятся в непрерывном взаимодействии. Живым системам независимо от уровня организации присущи общие черты. Учёные-биологи на основании особенностей проявления свойств живого выделяют несколько уровней организации живой материи.
Биосферный
↓
Биогеоценотический
↓
Популяционно-видовой
↓
Организменный
↓
Органный
↓
Тканевый
↓
Клеточный
↓
Молекулярный
Молекулярный. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, осуществляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.
Клеточный. Клетка является структурной и функциональной единицей, а также единицей размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это правило, так как они могут проявлять свойства живых систем только в клетках.
Тканевый. Ткань представляет собой совокупность сходных по строению клеток и межклеточного вещества, объединённых выполнением общей функции.
Органный. Органы – это структурно-функциональные объединения нескольких типов тканей.
Организменный. Многоклеточный организм представляет собой целостную систему органов, способную к самостоятельному существованию, специализированных для выполнения различных функций.
Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединённая общим местом обитания, создаёт популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования.
Биогеоценотический. Биогеоценоз – совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами среды обитания.
Биосферный. Биосфера – система высшего порядка, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.
Таким образом, главной особенностью организации живой материи является иерархическая система, которая отражает общую структуру эволюционного процесса, закономерным результатом которого является человек.
Живое вещество представлено необычайным разнообразием форм, множеством видов живых существ. В настоящее время уже известно около 500 тыс. видов растений и более 1,5 млн видов животных, населяющих нашу планету. Ученые постоянно описывают новые виды, как существующие в современных условиях, так и вымершие в минувшие геологические эпохи.
Биология — наука о жизни. Название ее возникло из сочетания двух греческих слов: bíos — “жизнь”, lógos — “слово, учение”. Эта дисциплина изучает живые организмы — бактерии, грибы, животных и растения.
Выявление и объяснение общих свойств и многообразия живых организмов, а также взаимосвязи различных групп живых организмов между собой и взаимодействия их с окружающей средой составляют задачу общей биологии.
По изучаемым объектам биологию подразделяют на отдельные науки. Так, выделяют микробиологию, ботанику, зоологию. Эти частные науки исследуют особенности строения и жизнедеятельности отдельных видов.
Главные ветви этих наук — морфология, изучающая структуру объектов живой природы, и физиология, исследующая функции живых организмов. На рубеже XIX и XX вв. возникла генетика — наука о таких важнейших свойствах живой материи, как наследственность и изменчивость.
Среди основных направлений биологии усиленно развивается физико-химическая биология, т. е. область изучения живой материи, использующая методы и подходы химии, физики и математики. Значительны достижения в области биохимии, молекулярной биологии, биофизики.
По уровню изучения живой материи различают молекулярную биологию, учение о клетке, или цитологию, учение о тканях, или гистологию, науку о строении организма — анатомию, или органологию; биологию организмов; биологию групп организмов — популяций, видов и т. д.
Достижения биологии в последнее время привели к возникновению принципиально новых направлений в науке, ставших самостоятельными разделами в комплексе биологических дисциплин.
Так, раскрытие молекулярного строения структурных единиц наследственности — генов — послужило основой для создания генной инженерии — комплекса приемов, с помощью которых создают организмы с новыми, в том числе и с не встречающимися в природе, комбинациями наследственных признаков и свойств.
Мир живых существ, включая человека, представлен биологическими системами различной структурной организации и разного уровня соподчинения, или согласования. Например, известно, что все живые организмы состоят из клеток. Клетка может представлять собой целый организм или быть частью многоклеточного растения или животного.
Она бывает довольно просто устроенной, как клетки бактерий и сине-зеленых водорослей, или значительно более сложной, как клетки зеленых растений, грибов, животных.
Бактерии, как и простейшие, представляют собой целые одноклеточные организмы, способные выполнять все необходимые для обеспечения жизнедеятельности функции.
А клетки, входящие в состав многоклеточного организма, специализированы, т. е. могут осуществлять одну какую-либо функцию и неспособны самостоятельно существовать вне организма. У многоклеточного организма взаимосвязь многих клеток приводит к созданию нового качества, не равнозначного простой их сумме.
Элементы организма — клетки, ткани и органы — в сумме еще не представляют собой целостный организм. Лишь соединение их в исторически сложившемся в процессе эволюции порядке, их взаимодействие образуют целостный организм, способный существовать в окружающей среде в динамическом равновесии с ней.
В настоящее время выделяют несколько уровней организации живой материи.
Молекулярный. Любая живая система, какой бы сложной она ни была, построена из большого количества единиц — мономеров. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации др.
Существуют три типа биологических полимеров: полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты. Их мономерами служат соответственно моносахариды, аминокислоты и нуклеотиды. Не менее важными для организма органическими соединениями являются также липиды.
Клеточный. Клетка является структурной и функциональной единицей живых организмов, она представляет собой саморегулирующуюся, самовоспроизводящуюся живую систему. Свободноживущих неклеточных форм жизни на Земле не существует.
Тканевый. Ткань представляет собой совокупность сходных по строению клеток и межклеточного вещества, объединенных выполнением общей функции. Например, ткани человека включают эпителий, мышечную, нервную и соединительную ткань.
Органный. Органы — это структурно-функциональные объединения нескольких типов тканей.
Организменный. Многоклеточный организм представляет собой целостную систему органов, специализированных для выполнения различных функций.
Биогеоценотический. Биогеоценоз — однородный участок земной поверхности с определенной совокупностью организмов и косных компонентов (атмосфера, солнечная энергия и др.), объединенных обменом веществ и энергии в природный комплекс.
Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, эволюционные преобразования.
Биосферный. Биосфера — система высшего порядка, охватывающая живые организмы и среду их обитания, образующие динамическую систему, в атмосфере, гидросфере и в верхней части атмосферы. На этом уровне происходят круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.
Шпаргалки по философии для кандидатского минимума Часть 2 - Особенности биологического уровня организации материи. Структурные уровни организации живой природы
Особенности биологического уровня организации материи. Структурные уровни организации живой природы
Жизни как природному явлению присуща своя иерархия уровней организации, определенная упорядоченность, соподчиненность этих уровней. Открытие клетки как элемента живых структур и представление о системности, цельности этих структур стали основой последующего построения иерархии живого.
1. Молекулярно-генетический уровень.Отражает особенности химизма живого вещества, а также механизмы и процессы передачи генной информации.
Одним из величайших прорывов науки в познании структуры живой материи на молекулярно-генетическом уровне произошел 27 апреля 1953 г. Была опубликована статья Д. Уотсона (США), Ф. Крика (Анг.), раскрывающая структуру носителя наследственности всего живого на земле - молекулы ДНК. Самоудвоение и распределение хромосом при клеточном делении обеспечивает передачу наследственных свойств организма от поколения к поколению. Совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данной растительной или животной клетки, называется геномом.
2. Клеточный уровень живого. Отражают особенности специализации клеток, а также внутриклеточные структуры
Клетка является основной элементарной единицей жизни, способной к воспроизводству. Именно в ней протекают все главнейшие обменные процессы (биосинтез, энергетический обмен и др.).
Самыми ранними из возникших на Земле одноклеточных организмов были бактерии, не обладавшие ядром (прокариоты). Вероятно, они жили за счёт потребления органических соединений. Организмы, обладающие ядром (эукариоты), возникли позднее (1,5 млрд. лет назад). Первые жили в любой, даже бескислородной среде, а вторые - только в кислородной. Крупным шагом эволюции стало возникновение у организмов фотосинтеза. Этим обладали азотфиксирующие сине-зелёные водоросли, способные существовать в среде, полностью лишённой органических соединений. Автотрофное питание, развившееся посредством фотосинтеза, а также запас готовых питательных веществ в растительных тканях стали условиями для появления огромного разнообразия организмов.
3. Организменный уровень живых систем. Отражают признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых существ
Следующей после одноклеточных ступенью эволюции стало возникновение и совершенствование многоклеточного организма. На промежуточной стадии между многоклеточными организмами и примитивными многоклеточными возникли колониальные одноклеточные. При дальнейшем развитии произошла специализация клеток членов колонии по принципу разделения на осуществляющие функции питания и движения (жгутики) и служащие для размножения (генеративные). Последующая специализация потребовала образования центра координации, то есть нервного центра, возникает хорошо выраженная нервная система, одновременно совершенствующая способы полового размножения. Все многоклеточные делятся на 3 царства: грибы, растения, животные.
4. Популяционно-видовой уровень живого. Образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида
Во второй половине ХХ в. было признано, что элементарной единицей эволюции живого является популяция, то есть сообщество особей одного вида, населяющее определённую территорию.
Этот уровень характеризуется:
1) активной или пассивной подвижностью всех без исключения компонентов популяций. Отсюда периодическое или постоянное перемешивание особей популяции, которое становится более интенсивным при уменьшении территории и увеличении подвижности отдельных особей;
3) для популяций характерно совместное существование и функциональное единство, единообразие приспособлений к среде, морфо- физиологическая общность и генетическая индивидуальность;
4) пространственная структура популяций имеет определённый самостоятельный регуляторный биологический смысл, проявляющийся в том, что высокая численность особей и устойчивость достигаются только в тех популяциях, которые имеют сложную иерархически- пространственную структуру. Выпадение даже одного звена в виде одной или нескольких соподчинённых группировок популяции приводит к разрушению всей структуры, резкому падению плотности населения популяции и увеличению колебаний и численности особей;
5) характерная черта популяции - её неоднородность, или гетерогенность. Популяция выступает, как устойчивая и изменчивая целостность, одной из причин которой является мутационный процесс. Недостаточный размах изменчивости при быстром изменении среды может привести к вымиранию популяции. Чем сложнее и длиннее пищевые цепи, объединяющие компоненты системы, тем она устойчивее и жизнеспособнее.
4. Уровень биогеоценозов. Отражает структуры, состоящие из участков Земли с определенным составом живых и неживых компонентов, представляющих единый природный комплекс – экосистему.
5. Биосферный. Включает всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой.
Разделение живой материи на уровни является условным. Но все биологи согласны в том, что в мире живого существуют ступенчатые уровни, своего рода иерархии. Представление о них наглядно отражает системный подход в изучении природы.
Читайте также: