Вставка о молекуле ДНК.

Уровни организации живой природы.

Мир живой природы представляет собой совокупность биологических систем разного уровня организации и различной соподчиненности. Обычно выделяют несколько уровней организации живой материи.

• Молекулярный (или молекулярно-генетический) уровень. Это уровень биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов) и других важных органических соединений, являющихся началом основных процессов жизнедеятельности. На этом уровне элементарными структурными единицам являются гены. Наследственная информация у всех живых организмов заложена в молекулах ДНК. Реализация наследственной информации осуществляется при участии молекул РНК. В связи с тем, что с молекулярными структурами связано хранение, изменение и реализация наследственной информации, этот уровень называют молекулярно-генетическим.

Важнейшей задачей биологии на этом уровне является изучение механизмов передачи генной информации, наследственности и изменчивости.

Существует несколько механизмов изменчивости на молекулярном уровне. Важнейшим из них является механизм мутации генов – непосредственное преобразование самих генов под воздействием внешних факторов. Факторами, вызывающими мутацию, являются радиация, токсичные химические соединения, вирусы.

Еще один механизм изменчивости – рекомбинация генов (создание новых комбинаций генов). Такой процесс имеет место при половом размножении у высших организмов. При этом не происходит изменения общего объема генетической информации.

Еще один механизм изменчивости был открыт лишь в 1950-е гг. Это неклассическая рекомбинация генов, при которой происходит общее увеличение общего объема генетической информации за счет включения в геном клетки новых генетических элементов. Чаще всего эти элементы привносятся в клетку вирусами.

• Клеточный уровень. Сегодня наукой достоверно установлено, что наименьшей самостоятельной единицей строения, функционирования и развития живого организма является клетка, которая представляет собой элементарную биологическую систему, способную к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. Цитология – наука, изучающая живую клетку, ее строение, функционирование как элементарной живой системы, исследует функции отдельных клеточных компонентов, процесс воспроизводства клеток, приспособление к условиям среды и др. Цитология исследует также особенности специализированных клеток, становление их особых функций и развитие специфических клеточных структур. Таким образом, современная цитология может быть названа физиологией клетки. На клеточном уровне происходят процессы обмена веществ, передачи информации, превращения веществ и энергии.

Онтогенетический (организменный) уровень. Элементарной единицей организменного уровня является особь в ее развитии от момента зарождения до прекращения существования в качестве живой системы, что позволяет также назвать этот уровень онтогенетическим (уровнем индивидуального развития). Закономерные изменения организма в индивидуальном развитии составляют элементарное явление данного уровня. Эти изменения обеспечивают рост организмов, дифференциацию его частей и одновременно интеграцию развития в единое целое, специализацию клеток, органов и тканей. Биогенетический закон утверждает, что отдельный организм в своем индивидуальном развитии в сокращенной форме проходит все стадии развития своего вида. Таким образом, онтогенез представляет собой реализацию наследственной информации, закодированной в зародышевой клетке, а также проверку согласованности всех систем организма во время его работы и приспособления к окружающей среде.

Все многоклеточные организмы состоят из органов и тканей. Ткань – совокупность сходных по строению клеток, объединенных выполнением общей определенной функции. Орган – это структурно-функциональное объединение нескольких типов тканей. В свою очередь органы входят в состав более крупных единиц – систем организма. Среди них выделяют нервную, пищеварительную, сердечно-сосудистую, дыхательную и другие системы. Внутренние органы есть только у животных.

Популяционно-видовой уровень. Элементарной единицей этого уровня служит популяция – совокупность особей (организмов) одного вида, обладающих общим генофондом и занимающих определенную территорию. Элементарное явление на этом уровне – изменение генотипического состава популяции. Генотип – совокупность всех генов одного организма. На основе генотипа формируется фенотип (совокупность всех признаков организма, обусловленных его генотипом) организмов данного вида. Популяция в силу возможности межпопуляционных скрещиваний представляет собой открытую генетическую систему.

Популяции целостны, хотя состоят из множества особей. Их целостность обеспечивается взаимодействием особей в популяциях и воссоздается через обмен генетическим материалом в процессе полового размножения. Виды – это системы популяций. Популяции и виды способны к существованию в течение длительного времени и к самостоятельному эволюционному развитию. Изменения генофонда популяций приводят к появлению новых видов.

Популяции разных видов взаимодействуют между собой. В ходе взаимодействия они объединяются в сложные системы – биоценозы. Биоценоз – совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих участок среды с более или менее однородными условиями существования и характеризующихся определенными взаимосвязями между собой.

Биоценозы характеризуются численностью, биомассой, продукцией и структурой (пространственной, видовой, пищевой). В ходе развития биоценоза растет его биомасса, усложняется структура, увеличивается продукция. Только знание всех закономерностей биоценоза позволяет рационально использовать продукцию биоценозов без их необратимого разрушеия.

Популяции и виды, а также протекающий в популяциях процесс эволюции всегда существуют в определенной природной среде, конкретной системе, которая включает в себя биотические и абиотические факторы. Такая система получила название «биогеоценоз» - элементарная единица следующего биогеоценотического уровня организации жизни на Земле. Биотическиефакторы среды – совокупность явлений, оказываемых на организмы жизнедеятельностью других организмов. Абиотическиефакторы среды – совокупность условий неорганической среды, влияющих на организмы.

Биогеоценотический уровень. Б и о г е о ц е н о з (экологическая система) – взаимообусловленный комплекс живых и абиотических компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергией. Абиотическими компонентами биогеоценозов являются атмосфера, солнечная энергия, почва, химические компоненты, включенные в биотический круговорот. Термин «биогеоценоз» был предложен в 1940 г. российским ботаником и географом В Н. Сукачевым (1880-1967). Им же была создана наука – биогеоценология, изучающая поведение биогеоценозов.

Биогеоценоз – целостная система. Виды в биогеоценозе действуют друг на друга не только непосредственно, но и опосредованно через изменения ими абиотических условий. Выпадение одного или нескольких компонентов биогеоценоза может привесим к разрушению его целостности, что часто ведет к необратимому нарушению равновесия и гибели биогеоценоза как системы. В целом жизнь биогеоценоза регулируется силами, действующими внутри самой системы, т. е. можно говорить о саморегуляции биогеоценоза. В то же время биогеоценоз представляет собой незамкнутую систему, взаимодействующую с соседними биогеоценозами. Обмен веществом и энергией между ними может осуществляться в разных формах – газообразной, жидкой и твердой, а также в форме миграции животных.

Уравновешенная, взаимосвязанная и стойкая во времени система – биогеоценоз является результатом длительной и глубокой адаптации составных компонентов. Устойчивость биогеоценоза пропорциональна многообразию: чем многообразнее биогеоценоз, тем он, как правило, устойчивее во времени и пространстве. Например, биогеоценозы, представленные тропическими лесами, гораздо устойчивее биогеоценозов в зоне умеренного или арктического пояса, так как они состоят из гораздо большего множества видов растений и животных.

Каждая экосистема неизменно содержит как простые, так и сложные компоненты, так как высокоорганизованные организмы для своего существования нуждаются в более простых организмах. Для обеспечения постоянного круговорота вещества, поддержания целостности системы и обеспечения ее эволюции экосистема нуждается в притоке энергии. Первичным источником энергии служит солнечное излучение.

Первичной биотической основой для биогеоценозов служат автотрофы – фотосинтезирующие зеленые растения и микроорганизмы (фотосинтетики), а также хемосинтезирующие бактерии, производящие органическое вещество из двуокиси углерода за счет энергии, получаемой при окислении неорганических соединений (аммиака, водорода, соединений серы и др.). Автотрофные растения и микроорганизмы представляют жизненную среду для гетеротрофов – животных, грибов, большинства бактерий, вирусов. Поэтому и границы биогеоценозов чаще всего совпадают с границами растительных сообществ (фитоценозов). Но и животные впоследствии начинают играть важную роль в жизни растений: они осуществляют опыление, распространение плодов, участвуют в круговороте веществ и т. п. Так складывается биогеоценотический комплекс, который может существовать веками.

Вся совокупность связанных между собой круговоротом веществ и энергии биогеоценозов на поверхности нашей планеты образует мощную систему биосферы Земли. Биосферный уровень объединяет все другие уровни организации жизни на Земле.