Живые системы клетка организм вид биоценоз биосфера их эволюция кратко

Обновлено: 04.07.2024

В организации живого выделяют многочисленные биологические системы разного уровня строения и жизнедеятельности.

Биологические системы

Биологические системы – это объекты различной сложности, имеющие несколько уровней структурно-функциональной организации и представляющие собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов.

Биосистема — это форма жизни, обусловленная взаимодействием живых компонентов. Растительный организм как биосистема — совокупность взаимодействующих органов , тканей и клеток.

К данной категории относят:

органические макромолекулы;
органеллы субклеточного типа;
клеточные структуры;
органы;
организмы;
популяции.
виды
биоценозы
экосистемы
биосфера

Наименьшей биологической системой, присутствующей во всем живом является органическая (биологическая) макромолекула:

В роли наибольшей биологической системы выступает популяция, совокупность организмов одного вида, длительное время обитающих на одной территории (занимающих определённый ареал) и частично или полностью изолированных от особей других таких же групп.

Общие признаки биологических систем

Биологические системы (или живые системы) отличаются от тел неживой природы совокупностью признаков и свойств, среди которых основными являются:

Существенными чертами живых организмов, отличающими их от объектов неживой природы, являются уровневая организация и эволюция.

Биология - сложная наука, которая не только изучает организмы животных, растений, грибов на уровне отдельных субъектов, но и пытается заглянуть за эту субъектность, объединяя организмы в определенные группы, которые затем становятся единицами изучения ученых.

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.

Уровни организации жизни - это иерархически соподчиненные уровни организации биосистем, то есть низшие уровни подчинены высшим. Они отражают степень усложнения различных биосистем.

Существование жизни на всех уровнях подготавливается и определяется структурой низшего уровня, то есть характер клеточного уровня организации определяется молекулярным, характер организменного- клеточным уровнем.

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
организменный (или онтогенетический)
надорганизменный

Суборганизменный уровень включает, в свою очередь, пять уровней: атомарный, молекулярный, субклеточный, клеточный, тканевый, органный.

Тканевый и органный уровни чаще всего объединяют в один - тканево-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:

молекулярный
клеточный
тканевый
органный
организменный
популяционно-видовой
биогеоценотический
биосферный

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:

объединение молекул в особые комплексы
осуществление упорядоченных физико-химических реакций
копирование (редупликация) ДНК, кодирование и передача генетической информации

Науки, ведущие исследования на этом уровне:

биохимия
биофизика
молекулярная биология
молекулярная генетика

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Атомный (элементарный) уровень: на нем 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.

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 виды 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).

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:

биосинтез, фотосинтез, энергетический обмен, митоз, мейоз
регулирование химических реакций
деление клетки
привлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистеме

Науки, ведущие исследования на клеточном уровне:

цитология
генная инженерия
цитогенетика
эмбриология
микробиология

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.

Компоненты тканевого уровня: клетки и межклеточная жидкость.

Основные процессы тканевого уровня: процессы, характерные для того или иного вида тканей (гомеостаз, регенерация).

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

Все живое на Земле существует в виде обособленных субъектов- особей, которые формируют организменный уровень.

При изучении одноклеточных организмов ученые отмечают то, что особью является каждая отдельная клетка, например, бактерия, простейшие (амеба, инфузория, эвглена), то есть это организмы, которые одновременно могут представлены и клеточным и организменным уровнем организации.

Также на этом уровне рассматривают и многоклеточные организмы: растения, животные, грибы.

Компоненты органного уровня: клетки одноклеточных; клетки и ткани, из которых образованы органы многоклеточных организмов.

Основные процессы органного уровня:

раздражительность
размножение
рост и развитие
нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности
гомеостаз

Науки, ведущие исследования на органном уровне:

анатомия
биометрия
морфология
физиология
гистология

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.

Современное понимание организации жизни основывается на системном подходе, согласно которому живая природа существует в форме биосистем. Любая из живых природных систем является целостной совокупностью взаимосвязанных компонентов, выполняющих особые функции и обеспечивающих их единство. Все биосистемы является прерывистыми и отделенными друг от друга, имеют определенные размеры и структуру, длительность существования и специфические признаки.

Основные биосистемы

Основными типами биосистем является клетка, организм, популяция, вид, экосистема и биосфера.

Клетка — биологическая система с наименьшими размерами и простой структурой. Основными компонентами клетки является поверхностный аппарат, цитоплазма и ядро (нуклеоид), построенные из молекул химических веществ и их соединений. Клетки являются основными элементами строения и жизнедеятельности всех живых организмов нашей планеты.

Организм — биологическая система, которая построена из клеток и благодаря системам регуляции и приспособительным механизмам может относительно самостоятельно существовать в определенной среде. Организмы делятся на одноклеточные, колониальные и многоклеточные. Именно эти биосистемы является самыми разнообразными формами живой природы.

Популяция — биологическая система из свободно скрещивающихся между собой организмов одного вида, проживающих длительное время на определенной территории и относительно изолированных от других таких же групп. Компонентами популяций является организмы, а сами популяции является структурной единицей видов. На уровне популяций начинаются эволюционные процессы, поэтому популяции являются элементарными единицами эволюции.

Вид — биологическая система из совокупности популяций, которым свойственны:

морфофизиологической сходство;
свободное внутривидовой скрещивания;
образование плодовитого потомства;
нескрещиваемость с другими видами;
общая территория обитания — ареал;
приспособленность к условиям существования в пределах ареала;
общее происхождение.

Вид является основной формой организации жизни.

Экосистема — совокупность различных видов и среды их обитания, связанных обменом веществ, энергии и информации. В рамках биосистем этого ранга выделяют биотический (биоценоз) и абиотических (биотоп) компоненты, которые связаны между собой круговоротом веществ. Экосистемы существуют вследствие распределения функций между продуцентами, консументами и редуцентами.

Биосфера — биосистема высокого порядка, состав, структура и свойства которой определяются функционированием живых организмов. Это единственная глобальная экосистема Земли. Живой и неживой компоненты биосферы связаны между собой круговоротом веществ в виде биогеохимических циклов.

Итак, биологическая система — это совокупность взаимосвязанных компонентов, деятельность которых определяют их единство и существование в пространстве и времени.

Взаимосвязь уровней организации биосистем

Критерием для выделения уровней организации биосистем является степень сложности структуры, то есть расположение взаимосвязанных компонентов. Для характеристики уровней организации жизни применяют еще и такой критерий, как процесс (от лат. prōcēssus — перемещение, движение), что означает определенные закономерные функциональные изменения и явления. Выделять уровень организации целесообразно в том случае, если на нем возникают новые (эмергентные) свойства, при том, что их нет в системах более низкого уровня.

Представление о структурных уровнях организации сложилось в 20-х годах XX в. (Л. фон Берталанфи, Г. Ч. Браун), а в середине 40-х годов XX в. сформировалась теория уровней организации (Р. Джерард, А. Эмерсон) как конкретное выражение упорядоченности живого.

Как вы уже знаете, различают молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный (биогеоценотический) и биосферный уровни организации биосистем. При необходимости, которая определяется особенностями изучаемого объекта, можно выделять дополнительные уровни: тканевый, уровень органов, уровень систем органов, биоценотический уровень.

Молекулярный уровень жизни связан с организацией специфических для живых организмов органических соединений, их взаимодействием между собой и с неорганическими веществами. При этом происходят химические реакции и физические процессы преобразования энергии, веществ и информации. На молекулярном уровне организации находятся бесклеточные (вирусы, прионы, вироиды).

Клеточный уровень жизни представлен свободноживущими одноклеточными организмами и клетками многоклеточных организмов. Компонентами структуры клеток является вещества и их комплексы. На клеточном уровне происходят процессы разделения и передачи информации, стероидов и катаболизма.

Организменный уровень жизни определяется клетками у одноклеточных и колониальных организмов; тканями, органами и системами органов — у многоклеточных организмов. Элементарной единицей уровня являются отдельные клеточные организмы с определенными особенностями строения, жизнедеятельности (питание, дыхание, выделение, размножение и т.д.) и поведения.

Популяционно-видовой уровень жизни представлен популяциями и видами, которые являются надорганизменными биологическими системами. Структурными компонентами являются группы родственных особей, объединенные определенным генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой. На этом уровне формируются микро-эволюционные процессы адаптациогенеза, регуляции численности популяций, видообразования и тому подобное.

Экосистемный (биогеоценотический) уровень жизни представлен разнообразием природных и искусственных экосистем. Компонентами являются живые группировки (биоценозы) и условия среды обитания. На этом уровне осуществляются взаимодействие организмов разных популяций между собой, а также влияние экологических факторов, определяющих их численность, видовой состав и производительность.

Биосферный уровень жизни объединяет все экосистемы Земли. На этом уровне происходят биогенная миграция живого вещества, биологический круговорот веществ и превращения энергии.

Основой взаимосвязи всех уровней организации биосистем является потоки веществ, энергии и информации и принцип структурной иерархии систем, согласно которому любая биосистема является компонентом биосистемы высшего ранга, и, в свою очередь, состоит из подчиненных ей биосистем низшего ранга.

Итак, уровни организации биосистем — это определенный тип взаимодействия структурных и функциональных компонентов биологических систем.

Что такое жизнь?

По современным представлениям, жизнь - это способ существования открытых коллоидных систем, обладающих свойствами саморегуляции, воспроизведения и развития на основе геохимического взаимодействия белков, нуклеиновых кислот других соединений вследствие преобразования веществ и энергии из внешней среды.

Жизнь возникает и протекает в виде высокоорганизованных целостных биологических систем. Биосистемами являются организмы, их структурные единицы (клетки, молекулы), виды, популяции, биогеоценозы и биосфера.

Живые системы обладают рядом общих свойств и признаками, которые отличают их от неживой природы.

1. Все биосистемы характеризуются высокой упорядоченностью, которая может поддерживаться только благодаря протекающим в них процессам. В состав всех биосистем, лежащих выше молекулярного уровня, входят определенные элементы (98% химического состава приходится на 4 элемента: углерод, кислород, водород, азот, а в общей массе веществ основную долю составляет вода - не мене 70 – 85%). Упорядоченность клетки проявляется в том, что для нее характерен определенный набор клеточных компонентов, а упорядоченность биогеоценоза - в том, что в его состав входят определенные функциональные группы организмов и связанная с ними неживая среда.
2. Клеточное строение: Все живые организмы имеют клеточное строение, за исключением вирусов.

3. Метаболизм. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания и дыхания, и выделяя продукты жизнедеятельности. Смысл биотических круговоротов заключается в преобразовании молекул, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма и, таким образом, непрерывность его функционирования в постоянно меняющихся условиях внешней среды (поддержание гомеостаза) .
4. Репродукция, или самовоспроизведение, - способность живых систем воспроизводить себе подобных. Этот процесс осуществляется на всех уровнях организации живого;
а) редупликация ДНК - на молекулярном уровне;
б) удвоение пластид, центриолей, митохондрий в клетке - на субклеточном уровне;
в) деление клетки путем митоза - на клеточном уровне;
г) поддержание постоянства клеточного состава за счет размножения отдельных клеток - на тканевом уровне;
д) на организменном уровне репродукция проявляется в виде бесполого размножения особей (увеличение численности потомства и преемственность поколений осуществляется за счет митотического деления соматических клеток) или полового (увеличение численности потомства и преемственность поколений обеспечиваются половыми клетками - гаметами).
5. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. .
6. Изменчивость - это способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения биологических матриц - молекул ДНК.
7. Рост и развитие. Рост - процесс, в результате которого происходит изменение размеров организма (за счет роста и деления клеток). Развитие - процесс, в результате которого происходит качественно изменение организма. Под развитием живой природы - эволюции понимают необратимое, направленное, закономерное изменение объектов живой природы, которое сопровождается приобретением адаптации (приспособлений), возникновением новых видов и вымиранием прежде существовавших форм. Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом.
8. Приспособленность. Это соответствие между особенностями биосистем и свойствами среды, с которой они взаимодействуют. Приспособленность не может быть достигнута раз и навсегда, так как среда непрерывно меняется (в том числе благодаря воздействию биосистем и их эволюции). Поэтому все живые системы способны отвечать на изменения среды и вырабатывать приспособления ко многим из них. Долгосрочные приспособления биосистем осуществляются благодаря их эволюции. Краткосрочные приспособления клеток и организмов обеспечиваются благодаря их раздражимости.
9. Раздражимость. Способность живых организмов избирательно реагировать на внешние или внутренние воздействия. Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется через посредство нервной системы и называется рефлексом. Организмы, которые не имеют нервной системы, лишены и рефлексов. У таких организмов реакция на раздражение осуществляется в разных формах:
а) таксисы - это направленные движения организма в сторону раздражителя (положительный таксис) или от него (отрицательный). Например, фототаксис - это движение в направлении к свету. Различают также хемотаксис, термотаксис и др.;
б) тропизмы - направленный рост частей растительного организма по отношению к раздражителю (геотропизм - рост корневой системы растения по направлению к центру планеты; гелиотропизм - рост побеговой системы по направлению к Солнцу, против силы тяжести);
в) настии - движения частей растение по отношению к раздражителю (движение листьев в течение светового дня в зависимости от положения Солнца на небосводе или, например, раскрытие и закрытие венчика цветка).
10. Дискретность (деление на части). Отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз др.) состоит из отдельных изолированных, т. е. обособленных или отграниченных в пространстве, но, тем не менее, связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Клетки состоят из отдельных органоидов, ткани - из клеток, органы - из тканей и т. п. Это свойство позволяет осуществить замену части без остановки функционирования целостной системы и возможность специализации различных частей на неодинаковых функциях.
11. Авторегуляция - способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов - гомеостаз. Саморегуляция обеспечивается деятельностью регуляторных систем - нервной, эндокринной, иммунной и др. В биологических системах надорганизменного уровня саморегуляция осуществляется на основе межорганизменных и межпопуляционных отношений.
12. Ритмичность. В биологии под ритмичностью понимают периодические изменения интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия).
Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой, т. е. на приспособление к периодически меняющимся условиям существования.
13. Энергозависимость. Живые тела представляют собой "открытые" для поступления энергии системы. Под "открытыми" системами понимают динамические, т. е. не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи извне. Таким образом, живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают энергия в виде пищи из окружающей среды.

14. Целостность - живая материя определенным образом организована, подчинена ряду специфических законов, характерных для неё.

Читайте также: