Биология Глава 1 §2. Разнообразие биологических систем и процессов. Биология 10 класс (Теремов). Конспекты по учебнику. Цитаты использованы в учебных целях.
Ключевые слова: Уровни организации жизни (биосистем): молекулярно-генетический, органоидно-клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный; процессы в биосистемах: обмен веществ и превращение энергии, самовоспроизведение, саморегуляция, саморазвитие; жизнь.
ОГЛАВЛЕНИЕ вернуться к списку конспектов
Глава 1. БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ,
ПРОЦЕССЫ И ИХ ИЗУЧЕНИЕ
§ 2. Разнообразие биологических систем и процессов
Вспоминаем уровни организации живого.
Процессы характерные для каждого уровня: обмен веществ и превращение энергии, самовоспроизведение, саморегуляция.
Изучение биологических систем показывает, что они отличаются друг от друга своеобразием структур и процессов. Простые биосистемы входят в состав более сложных; биохимические реакции, характерные для низших уровней организации живого, являются основой процессов, происходящих на высших уровнях биологической организации.
Уровни организации биосистем.
По наличию специфических структурно–функциональных единиц и происходящих в них процессов выделяют следующие уровни организации биосистем: молекулярно-генетический, органоидно-клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический (экосистемный) и биосферный (рис. 6).
Существование уровней организации живого, т. е. биосистем разной степени сложности, обеспечивает единство жизни на нашей планете. Переход от одного уровня к другому сопровождается, с одной стороны, полным сохранением свойств биосистем предыдущего уровня, а с другой — появлением новых качеств, характерных для более высокого уровня организации. Например, с объединением клеток и межклеточного вещества в ткани многоклеточного организма свойства отдельных клеток не исчезают; клетки продолжают питаться, дышать, выделять продукты обмена веществ, реагировать на раздражения среды. Вместе с тем ткань приобретает в процессе развития многоклеточного организма ряд новых свойств, главным из которых является дифференциация клеток, т. е. их специализация по выполняемым функциям.
Другой пример: организмы, принадлежащие к одному виду, образуют в природе популяции — территориально изолированные группировки особей, способные к свободному скрещиванию. Каждая особь популяции имеет свой генотип и фенотип, т. е. совокупность всех генов и проявляющихся признаков, которые на протяжении её жизни остаются неизменными. Популяция как биосистема более высокого ранга, чем организм, приобретает новое свойство — общий генофонд, объединяющий генотипы всех образующих её особей. Генофонд популяции может направленно изменяться под действием движущих сил эволюции, вследствие чего образуются новые виды, в то время как отдельная особь популяции не эволюционирует.
Процессы, происходящие в биосистемах.
Для биосистем любого уровня организации характерны определённые процессы (от лат. processus — продвижение) — последовательные смены явлений, химических взаимодействий, качественных состояний. Несмотря на большое разнообразие химических, физиологических, онтогенетических, эволюционных и иных процессов, практически во всех биосистемах происходят обмен веществ и превращение энергии, самовоспроизведение, саморегуляция, саморазвитие и приспособление к среде. Рассмотрим некоторые из перечисленных процессов.
Обмен веществ и превращение энергии происходит на всех уровнях организации биосистем. У зелёных растений на молекулярно-генетическом и органоидно-клеточном уровнях осуществляется фиксация молекулами хлорофилла солнечной энергии и её преобразование в энергию углеводов, которая, в свою очередь, преобразуется в энергию макроэргических связей АТФ. Реакции фотосинтеза вовлекают в биосистемы практически неиссякаемый на нашей планете источник солнечной энергии, которая затем в виде углеводов, белков, жиров и других органических соединений передаётся по пищевым цепям от автотрофных организмов гетеротрофным, т. е. переходит на биогеоценотический и биосферный уровни организации биосистем (рис. 7). Потенциальная энергия поглощённых клетками химических веществ превращается в кинетическую энергию и тепло, которые организмы используют для жизнедеятельности. В процессе этих превращений один вид энергии переходит в другой, исходные вещества химических реакций преобразуются в конечные продукты. Например, при фотосинтезе в клетках углекислый газ восстанавливается до углеводов, а при клеточном дыхании углеводы окисляются до углекислого газа и воды.
Самовоспроизведение — один из наиболее характерных процессов, происходящих в биосистемах. На молекулярно-генетическом уровне в ядрах клеток организмов осуществляется редупликация (самоудвоение) ДНК — процесс, который лежит в основе передачи наследственных свойств от родителей к потомству. На остальных уровнях организации биосистем процесс самовоспроизведения характеризуется большим разнообразием форм и способов: от деления органоидов (пластид и митохондрий) и клеток (митоз, мейоз) до полового и бесполого размножения организмов и воспроизведения биомассы живого вещества в биосфере. Самовоспроизведение обеспечивает существование живой материи на нашей планете в пространстве и во времени, т. е. в разных средах жизни и на протяжении всей истории развития органического мира.
Саморегуляция проявляется в способности биосистем поддерживать постоянство химического состава и интенсивность протекания биологических процессов. Главная особенность саморегуляции заключается в том, что регулирующие механизмы действуют на биосистему не извне, а формируются в ней самой. Примером саморегуляции на молекулярно-генетическом уровне служат ферментативные реакции. Концентрация конечных продуктов в этих реакциях поддерживается автоматически, что влияет на работу катализирующих их белков-ферментов. Другим примером саморегуляции является работа генов-регуляторов, способных активизировать или, наоборот, препятствовать транскрипции близлежащих генов. Гены-регуляторы контролируют работу структурных генов, на которых идёт транскрипция молекул иРНК, используемых в качестве матрицы для синтеза необходимых клетке белков, в том числе и белков-ферментов (рис. 8).
На органоидно-клеточном уровне саморегуляция проявляется в самосборке органоидов, поддержании постоянства состава цитоплазмы клетки, избирательной проницаемости клеточной мембраны. На организменном уровне саморегуляция осуществляется нервной и эндокринной системами, которые с помощью нервных импульсов и гормонов воздействуют на организм. Саморегуляция на уровне популяций проявляется в поддержании численности особей за счёт увеличения или уменьшения рождаемости и смертности на определённом уровне в соответствии с ресурсами среды. Механизмы саморегуляции определяют соотношение в популяции особей разных полов и возрастов. В биогеоценозах и биосфере саморегуляции подвержены потоки энергии и круговороты веществ, осуществляемые в соответствии с распределением биомассы организмов на планете, условиями неживой природы, хозяйственной деятельностью человека.
Биосистемы обладают способностью к саморазвитию. На организменном уровне этот процесс связан с реализацией генетической программы организма и влиянием условий окружающей среды на проявление его отдельных признаков. В процессе индивидуального развития организма — онтогенеза — происходит увеличение массы его тела за счёт роста числа клеток, развития тканей и органов. Процесс саморазвития происходит также на популяционно-видовом и биогеоценотическом уровнях. Например, эволюционное развитие живой природы от простых форм к сложным стало причиной огромного разнообразия видов и биоценозов на нашей планете. Изменения, вносимые в природу деятельностью организмов, в том числе и человеком, приводят к постепенной, направленной смене одних природных сообществ другими.
Определение понятия «жизнь».
Рассмотренные уровни организации биосистем и характерные для них процессы позволяют дать обобщённое определение понятия «жизнь» как основного способа их существования. В науке известно несколько таких определений. Например, древнегреческий учёный Аристотель определял жизнь как «питание, рост и одряхление». Французский химик А. Лавуазье называл жизнь «горением», связанным с окислением питательных веществ кислородом. Русский физиолог И. П. Павлов под жизнью понимал «сложный химический процесс», протекающий в организме.
Одно из первых научных определений жизни дал немецкий философ Фридрих Энгельс. В книге «Диалектика природы» (1873—1882) он привёл ставшее классическим определение: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой… причём с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка». Надо иметь в виду, что в этом определении под белками Ф. Энгельс подразумевал биологические структуры, состоящие из белка, а не сами химические соединения.
С открытием нуклеиновых кислот — носителей генетической информации, а также механизмов клеточного метаболизма, энергетики и информационных связей биосистем представление о сущности жизни значительно расширилось. Одно из современных научных определений звучит так: жизнь — это активное, происходящее с затратой энергии, веществ и информации поддержание и самовоспроизведение саморегулирующихся систем, химическую основу которых составляют белки и нуклеиновые кислоты.
ОГЛАВЛЕНИЕ вернуться к списку конспектов
Биология Глава 1 §2.
Вопросы и ответы по теме конспекта
Переход от одного уровня к другому сопровождается, с одной стороны, полным сохранением свойств биосистем предыдущего уровня, а с другой – появлением новых качеств, характерных для более высокого уровня организации. Например, с объединением клеток и межклеточного вещества в ткани многоклеточного организма свойства отдельных клеток не исчезают; клетки продолжают питаться, дышать, выделять продукты обмена веществ, реагировать на раздражения среды. Вместе с тем ткань приобретает в процессе развития многоклеточного организма ряд новых свойств, главным из которых является дифференциация клеток, т. е. их специализация по выполняемым функциям.
- Обмен веществ и превращение энергии происходит на всех уровнях организации биосистем. Потенциальная энергия поглощённых клетками химических веществ превращается в кинетическую энергию и тепло, которые организмы используют для жизнедеятельности. В процессе этих превращений один вид энергии переходит в другой, исходные вещества химических реакций преобразуются в конечные продукты.
- Самовоспроизведение – один из наиболее характерных процессов, происходящих в биосистемах. Самовоспроизведение обеспечивает существование живой материи на нашей планете в пространстве и во времени, т. е. в разных средах жизни и на протяжении всей истории развития органического мира.
- Саморегуляция проявляется в способности биосистем поддерживать постоянство химического состава и интенсивность протекания биологических процессов. Главная особенность саморегуляции заключается в том, что регулирующие механизмы действуют на биосистему не извне, а формируются в ней самой.
- Биосистемы обладают способностью к саморазвитию. На организменном уровне этот процесс связан с реализацией генетической программы организма и влиянием условий окружающей среды на проявление его отдельных признаков.
- Жизнь – это активное, происходящее с затратой энергии, веществ и информации поддержание и самовоспроизведение саморегулирующихся систем, химическую основу которых составляют белки и нуклеиновые кислоты.
- Жизнь – это принцип существования сложных биологических систем, состоящих из крупных органических молекул и способных самовоспроизводиться и поддерживать свое существование в результате обмена энергией и веществом с окружающей средой.
Вы смотрели: Биология 10 класс (Теремов). Конспекты по учебнику. Цитаты использованы в учебных целях.
Биология Глава 1 §2. Разнообразие биологических систем и процессов