Жизнь. Открытая система.
1. Почему очень сложно дать определение понятия «жизнь»?
2. В чём отличие химической организации живых организмов от объектов неживой природы?
3. Почему живые организмы называются открытыми системами?
4. Чем принципиально отличаются процессы обмена у живых организмов и в неживой природе?
5. Какова роль изменчивости и наследственности в развитии жизни на нашей планете?
Сравните сущность процессов роста, размножения и обмена веществ в неживой природе и у живых организмов.
Приведите примеры свойств, характерных для живого организма, которые можно наблюдать и у неживых объектов.
Организм (от лат. organizo – устраиваю) – это особь, индивид (от лат. individuus – неделимый), самостоятельно взаимодействующий со средой своего обитания. Термин «организм» легко понять, но почти невозможно однозначно определить. Организм может состоять из одной клетки и может быть многоклеточным. Разные колониальные организмы могут состоять из однородных организмов, например вольвокс, или представлять собой комплекс высокодифференцированных особей, составляющих единое целое, например португальский кораблик – колониальное кишечнополостное животное. Иногда даже отделённые друг от друга особи образуют группы, отличающиеся определёнными индивидуальными свойствами, например у пчёл, как и у других социальных насекомых, семья имеет ряд свойств организма.
§ 4. Уровни организации живой материи
1. Какие виды природных сообществ вы знаете?
2. Какие уровни организации живой материи вам известны?
Жизнь на Земле представлена организмами определённого строения, относящимися к определённым систематическим группам, а также сообществами разной сложности. Вся живая природа представляет собой совокупность биологических систем (от греч. systema – целое, состоящее из взаимосвязанных частей). Свойства системы не сводятся к сумме свойств составляющих ее частей. Например, важные свойства популяции (соотношение полов и поколений, скорость размножения) не существуют на уровне отдельных организмов. Свойства системы и её части могут быть даже противоположными. Так, популяция, состоящая из смертных особей, теоретически, при благоприятных условиях, бессмертна.
Вы уже знаете, что важными свойствами живых систем являются многоуровневость и иерархическая организация (от греч. hierarchia – порядок подчинения). Части биологических систем сами являются системами, состоящими, в свою очередь, из взаимосвязанных частей. Например, организм является частью популяции и может состоять из одной или множества клеток. На любом уровне каждая живая система уникальна и отличается от себе подобных.
Учёные на основании особенностей проявления свойств живого выделяют несколько уровней организации живой природы: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный и биосферный (рис. 2). Однако не всегда можно выделить именно перечисленный набор уровней. Так, у одноклеточных организмов клеточный и организменный уровни совпадают. Иногда учёные выделяют дополнительные уровни, например тканевый, органный. Всем живым системам независимо от уровня организации присущи общие черты, а сами системы находятся в непрерывном взаимодействии. На каждом уровне вследствие объединения систем низшего уровня возникает определённое новое качество.
Молекулярный уровень представлен молекулами органических веществ – белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, находящихся в клетках и получивших название биологических молекул.
На молекулярном уровне исследуется роль этих важнейших биологических соединений в росте и развитии организмов, хранении и передаче наследственной информации, обмене веществ и превращении энергии в живых клетках и других явлениях.
Рис. 2. Уровни организации живой материи
Клеточный уровень представлен клетками. Это первый, начальный уровень организации живого, который обладает всеми свойствами живого. На этом уровне наука изучает вопросы морфологической организации клетки, специализации клеток в ходе развития, функций клеточной мембраны, механизмы деления клеток. Эти проблемы имеют очень важное значение, в том числе и практическое, особенно для медицины.
Организменный уровень может быть представлен как одноклеточными, так многоклеточными организмами. На этом уровне изучается организм как целое, со свойственными ему механизмами согласованного функционирования его органов в процессе жизнедеятельности, его адаптация и поведение в различных экологических условиях.
Популяционно-видовой уровень представлен популяциями видов и принципиально отличается от организменного. Продолжительность жизни любого организма определена генетически, популяция же при оптимальных условиях среды способна существовать неограниченно долго.
На этом уровне изучают факторы, влияющие на динамику численности особей и возрастного состава популяций, проблемы сохранения исчезающих видов, действие факторов микроэволюции и т. д. Эти вопросы имеют важное хозяйственное значение, так как позволяют давать научно обоснованные рекомендации для поддержания оптимальной численности особей различных популяций в эксплуатируемых экосистемах.
Экосистемный уровень представлен системой популяций разных видов в их взаимосвязи между собой и окружающей средой. На этом уровне изучаются взаимоотношения организмов и среды, условия, определяющие продуктивность экосистем, их устойчивость, а также влияние на них деятельности человека.
Биосферный уровень – высшая форма организации живой материи, объединяющая все экосистемы планеты. В биосфере происходят глобальные биогеохимические циклы (круговороты веществ и потоки энергии). Изучение механизмов их протекания, а также влияния на них деятельности человека в настоящее время имеет первостепенное значение для предотвращения глобального экологического кризиса.
Уровни организации живой материи: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный, биосферный.
Рис. 3. Размеры объектов природы
1. Чем характеризуются биологические системы?
2. Какие уровни организации характерны для живой материи? На основании каких критериев они выделяются?
3. Какое практическое значение имеет изучение уровней организации живой материи?
Докажите, что всем живым системам, независимо от уровня организации, присущи общие черты, а сами системы находятся в непрерывном взаимодействии.
Покажите на примерах, что на каждом уровне организации живой материи возникает определённое новое качество.
На рисунке 3 приведены размеры разных объектов живой природы.
В соответствии с Международной системой единиц используют следующие единицы измерения длины:
• основная единица – метр (м)
• 1 сантиметр (см) = 0,01 м
• 1 миллиметр (мм) = 0,001 м
• 1 микрометр, или микрон (мкм, или μm) = 0,000001 м
• 1 нанометр (нм, или nm) = 0,000000001 м
• 1 А (ангстрем) = 0,1 нм
Краткое содержание вводной главы
Биология – наука о жизни. Знания человека о живых организмах накапливались на протяжении многих тысячелетий.
В настоящее время биология – комплексная наука, сформировавшаяся в результате дифференциации и интеграции разных биологических дисциплин.
Биология имеет большое практическое значение для жизни человека.
Развитие биологии в значительной мере определялось разработкой и применением новых методов исследования. Научный метод – это совокупность способов познания природы. Важнейший принцип научного метода – ничего не принимать на веру. Основными методами исследования, применяемыми в биологических науках, являются описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный.
Биология изучает живые организмы. Дать всеобъемлющее определение жизни трудно, но живые организмы обладают рядом свойств, которые позволяют выделить их из неживой природы. Живые организмы являются открытыми системами, получающими энергию и питательные вещества из окружающей среды; они реагируют на внешние воздействия, содержат всю информацию, необходимую им для развития, размножения, и приспособлены к определённой среде обитания.
Одинаковые свойства, отличающие живое от объектов неживой природы, характерны для всех уровней организации живой материи.
Глава 1. Клетка
Изучив данную главу, вы узнаете:
• что изучает наука цитология;
• какое строение имеют клетки;
