Характеристика основних біологічних систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Характеристика основних біологічних систем

Основними біологічними системами є клітина, організм, популяція, вид, екосистема, біогеоценоз, біосфера. Формування та узагальнення знань про біосистеми можна організовувати в таких аспектах, як структурна організація, функціональна організація та основні властивості.

Структурна організація біосистеми - це наявний упорядкований стан існування складових частин системи. Аналіз структурної організації здійснюється за допомогою методу класифікації - багатоступінчастого, послідовного поділу досліджуваної системи з метою отримання нових знань щодо її побудови, складу, зв'язків. Опис структури біосистеми - це виділення елементів (підсистем, компонентів) біосистеми, які будуть досліджуватися, тобто проведення морфологічного аналізу. Оскільки біосистеми є відкритими, через них проходять потоки речовини, енергії та інформації і вони зазнають постійного впливу зовнішнього середовища, у структурі біосистем доцільно виділяти біотичний та абіотичний компоненти.

Функціональна організація біосистеми - це злагоджене функціонування взаємопов'язаних складових частин системи. Вивчення функціональної організації здійснюється шляхом визначення функцій, які кожен із виділених елементів (підсистем, компонентів) виконує в досліджуваному цілісному процесі, тобто проведення функціонального аналізу.

Основні властивості біосистем виражають сутність системи у відношеннях з іншими системами, тому для визначення властивостей слід установити закономірні взаємозв'язки, які формуються між виділеними елементами (підсистемами, компонентами) в умовах їх функціонування як цілісності, тобто провести структурний аналіз.

Клітина - елементарна біологічна система, основна структурна й функціональна одиниця живого, яка здатна до саморегуляції, самооновлення та самовідтворення. Структурна організація. Основними компонентами клітини є поверхневий апарат, цитоплазма і ядро (нуклеоїд), які побудовані з певних підсистем та елементів. Існують два типи організації клітин - прокаріотичний та еукаріотичний. Базовим рівнем організації для клітин є молекулярний рівень. Функціональні зв'язки. Будь-яка функція клітини є наслідком узгодженої роботи всіх її частин і компонентів. Організація та функціонування всіх компонентів клітини пов'язані, насамперед, з біологічними мембранами. Зовнішні взаємозв'язки між клітинами відбуваються шляхом виділення хімічних речовин і утворення контактів, а внутрішні між елементами клітини забезпечуються гіалоплазмою. Більшість клітин багатоклітинного організму спеціалізуються на виконанні однієї головної функції. Основні властивості. Клітині притаманні такі самі властивості, як іншим біосистемам, але вони будуть відрізнятися простішим характером здійснення. Клітина є елементарною біосистемою, оскільки саме на рівні клітин проявляються всі властивості життя. Визначаються ці властивості структурно-функціональною організацією біомембран, цитоплазми і ядра.

Організм - відкрита біологічна система, яка завдяки системам регуляції та пристосувальним механізмам може зберігати свою цілісність і упорядкованість та відносно самостійно існувати в певному середовищі життя. Структурна організація. В одноклітинних і колоніальних організмів - клітинний рівень організації, багатоклітинні організми поєднують клітинний, тканинний, органний і системний рівні, завдяки чому організмений рівень організації живих систем є найрізноманітнішим з-поміж усіх інших. Елементарною структурно-функціональною одиницею організмів є клітина. Функціональні зв'язки: а) оскільки в здійсненні певної життєвої функції беруть участь клітини, тканини, органи, системи органів, то дана функція буде мати складніший і досконаліший характер; 6) спеціалізація складових частин організму на виконанні певної функції робить їх залежними від інших частин, тому разом із диференціацією відбуваються процеси інтеграції, завдяки яким між частинами формуються внутрішні зв'язки (фізіологічні, генетичні, нервові, гуморальні та ін.), що обумовлюють підпорядкування їх організму як цілісній системі. Основні властивості. Оскільки у властивостях об'єкта відображається його внутрішня структурно- функціональна сутність, то робимо висновок про ускладнення й урізноманітнення основних властивостей організмів (наприклад, розмноження може бути нестатевим, статевим і вегетативним).

Популяція - генетично відкрита біологічна система, група вільносхрещуваних між собою особин одного виду, що проживають тривалий час на певній території і відносно ізольовані від інших таких самих груп. Структурна організація. Організми поділяються на групи залежно від віку, статі, розподілу в просторі, особливостей поведінки тощо, що дозволяє виділяти, відповідно, вікову, статеву, просторову, етологічну структуру популяцій. Цей поділ обумовлює виокремлення таких внутрішньопопуляційних підрозділів, як екоелементи, біотипи. Елементарною структурною одиницею популяцій є організми. Функціональні зв'язки. Різна структура популяцій обумовлює різноманітні взаємозв'язки між організмами (наприклад, репродуктивні, трофічні, топічні, етологічні та ін.), що дозволяє їм досить часто утворювати співдружні формування (наприклад, родини, зграї, табуни, колонії) для досконалішого здійснення життєвих функцій. Основні властивості залежать від таких ознак популяцій, як чисельність, народжуваність, смертність, приріст, біомаса, густота, які, значною мірою, формуються під впливом умов існування організмів популяцій. Кожна популяція як цілісна система володіє механізмами саморегуляції, самооновлення й самовідтворення особин, що входять до неї, тому в межах популяцій існують складні системи сигналів, які визначають поведінку однієї особини стосовно іншої.

Вид - сукупність популяцій особин, яким властиві: а) морфофізіологічна подібність; б) вільне внутрішньовидове схрещування; в) утворення плідного потомства; г) несхрещуваність з іншими видами; д) спільна територія існування - ареал; е) пристосованість до умов існування в межах ареалу; є) спільне походження. Структурна організація. У межах ареалу виду виділяють такі основні внутрішньовидові структури: підвиди, екотипи і популяції. Елементарною структурною одиницею виду є популяції. Функціональні зв'язки: а) реалізація життєвих функцій на рівні виду здійснюється відмінними організмами, індивідуальні особливості яких забезпечуються неспадковою і спадковою мінливістю; б) великого значення набуває внутрішньовидова конкуренція, що спричиняє природній добір; в) розширюються зовнішні екологічні зв'язки з абіотичним, біотичним і антропогенним середовищем. Основні властивості. Основним критерієм, який визначає специфічність властивостей виду, є генетична єдність різноманітностей всередині виду і репродуктивна ізоляція (несхрещуваність) від інших видів, що робить вид генетично закритою системою. Єдність різноманітностей забезпечує високий ступінь стійкості й адаптивности, що робить вид основною формою організації живої матерії.

Екосистема - сукупність організмів різних видів та середовища їхнього існування, що пов'язані обміном речовини, енергії та інформації. Біогеоценоз - певна територія з однорідними умовами існування, населена організмами різних видів, поєднаних між собою середовищем існування колообігом речовин і потоком енергії. Структурна організація. У межах біосистем цього рангу виділяють біотичний (біоценоз) та абіотичний (біотоп) компоненти, пов'язані між собою колообігом речовин. Елементарною структурною одиницею є види, які утворюють угруповання. Функціональні зв'язки: а) функціонування біосистеми в цілому забезпечують "внутрішній" біологічний колообіг речовин і "зовнішні" потоки речовини, енергії та інформації; б) зв'язки між популяціями біоценозу можуть бути дуже різноманітними (прямими і непрямими; симбіотичними, нейтральними й антибіотичними; трофічними і топічними), але найважливішими є трофічні та енергетичні. Основними властивостями є цілісність, відкритість, стійкість, саморегуляція і самовідтворення.

Біосфера - єдино глобально екосистема вищого порядку, склад, структура і властивості якої визначаються діяльністю організмів. Структурна організація: а) біотичний компонент представлений живою речовиною - сукупністю організмів нашої планети; б) абіотичний компонент включає хімічні складові та фізичні умови геологічних оболонок: атмо-, гідро- і літосфери; б) елементарною структурно-функціональною одиницею є біогеоценози. Функціональні зв'язки: а) біо- і геокомпоненти пов'язані між собою колообігом речовин у вигляді біогеохімічних циклів, найважливішими властивостями яких є відкритість і незамкненість; б) основними функціями живої речовини в біосфері є окиснювально-відновна, концентраційна та газова. Основні властивості визначаються властивостями живої речовини.

Рівні організації життя

Рівні організації життя - це відносно гомогенні біологічні системи, для яких характерний певний тип просторової і часової взаємодії структурних та функціональних складників Це функціональне місце біологічної структури певного ступеня складності в загальній системі живої матерії. Уявлення про структурні рівні організації склалося в 20-х роках XX століття (Л. Берталанфи Г. Ч. Браун, Р. В. Селлар), а в середині 40-х років цього ж століття сформувалася теорія інтегративних рівнів організації (Р. Джерард, А. Емерсон, М. П. Наумов) як конкретне вираження упорядкованості, що є найзагальнішою властивістю живого. На всіх рівнях життя проявляються такі його атрибути, як дискретність, цілісність, упорядкованість, обмін речовин, енергії та інформації тощо. Характер проявів основних властивостей життя на кожному з рівнів має якісні особливості. Існування життя на всіх рівнях забезпечується і визначається структурою нижчого рівня.

Загальна характеристика рівнів організації життя

біосистема популяція організація життя

* Більшість дослідників виділяють молекулярно-генетичний, клітинний, організмений, популяційно-видовий, екосистемний і біосферний рівні організації живої природи.

* За необхідністю, яка визначається особливостями досліджуваного об'єкта, можуть виділятися додаткові рівні: тканинний, рівень органів, рівень систем органів, біоценотичний.

* Найзагальнішою основою єдності всіх рівнів є проникаючі крізь них потоки речовин, енергіїта інформації, які проникають крізь них.

* Рівні організації живої природи відрізняються: а) складовими елементами; б) процесами взаємодії елементів; г) розмірами; д) часом існування тощо.

* Певним рівням відповідають біологічні системи з певним типом просторової і часової взаємодії складових елементів і процесів.

Потік енергії, речовини, інформації

* Ієрархічна драбина рівнів біологічної організації відповідає історії розвитку органічного світу і є його наслідком.

* Рівень організації характеризує функціональне місце біологічної структури певного ступеня складності в загальній системі живої матерії; кожному з рівнів організації відповідають свої методи дослідження та біологічні дисципліни.

Характеристика основних рівнів організації життя

Основні ознаки живої природи

Жива природа, або органічний світ, як сукупність організмів, які населяють біосферу Землі, мають для людини різні аспекти цінності - ресурсний, пізнавальний, еститичний тощо.

¦ Ресурсна цінність полягає в тому, що об'єкти і сили живої природи є ресурсами, які використовуються або потенційно придатні для використання як засоби праці, джерела енергії, сировина, їжа, корм, джерело інформації, місця рекреації тощо.

¦ Пізнавальна цінність полягає в тому, що в процесі пізнання живої природи людина засвоює знання у вигляді біологічних ідей та узагальнень, які є обов'язковими компонентами загальнолюдської культури.

¦ Естетична цінність живої природи полягає в тому, що жива природа навчає людину бачити й пізнавати прекрасне, творити й охороняти красу в усьому.

Які ж ознаки обумовлюють цінність живої природи та відрізняють живе від неживого? Живим організмам притаманна низка особливостей, яких немає в більшості неживих систем. Проте серед них нема жодної, яка була би притаманна тільки живому. Єдиний спосіб описати життя - це перелічити основні властивості живого.

Найзагальнішою особливістю живого називають упорядкованість, яка має місце на кожному з рівнів організації. Російський біохімік В. О. Енгельгардт (1894-1984) відзначав, що "у здатності живого створювати порядок із хаотичного теплового руху молекул полягає найбільш глибока, корінна відмінність живого від неживого".

До фундаментальних властивостей життя належать: саморегуляція, самовідтворення і самооновлення.

* Саморегуляція - здатність біосистем підтримувати та відновлювати відносну сталість свого складу й перебігу функціональних процесів після їхньої зміни.

* Самооновлення - здатність біологічних систем відтворювати собі подібних завдяки саморепродукції ДНК, що забезпечує спадкоємність життя.

* Самовідтворення - здатність біосистеми утворювати нові складові частини замість старих на основі генетичної інформації, закладеної в нуклеїнових кислотах.

Перераховані фундаментальні властивості зумовлюють основні функції і атрибути життя: обмін речовин, живлення, дихання, виділення, рух, подразливість, розвиток, адаптивність, ріст тощо.

¦ Обмін речовин - сукупність процесів надходження поживних речовин, їхнього перетворення в організмі та видалення з організму продуктів життєдіяльності.

¦ Живлення - процес надходження в організм поживних речовин, необхідних для його нормальної життєдіяльності.

¦ Дихання - процес надходження в організм кисню і виділення з нього вуглекислого газу.

¦ Виділення - процес видалення з організму шкідливих і непотрібних продуктів обміну речовин.

¦ Рух - здатність організмів змінювати положення своїх частин або свого тіла в просторі.

¦ Подразливість - здатність живих істот сприймати впливи довкілля і певним чином на них відповідати

¦ Розвиток - сукупність якісних змін, які зумовлюють формування організмів упродовж життя.

¦ Адаптивність - пристосування організмів до певних умов існування.

¦ Ріст - сукупність кількісних змін, завдяки яким збільшуються розміри, об'єм, маса організмів.

Різноманітність живої природи

Сукупність видів організмів на Землі існувала й існує в тісній взаємодії між собою і з навколишнім середовищем. Увесь сучасний органічний світ нараховує понад 2 млн видів істот, які упорядковуються для вивчення за допомогою систематичних категорій надвидового рангу в систему організмів. Основна схема сучасної номенклатури в систематиці з використанням основних таксономічних категорій включає: Царство (regnum) > Тип (phylum) - у тварин; Відділ (divisio) - у рослин > Клас (classis) > Ряд (ordo) - у тварин; Порядок (ordo) - у рослин > Родина (familia) > Рід (genus) > Вид (species).

У необхідних випадках використовуються проміжні таксономічні категорії (надцарство, підцарство, надтип, підтип та ін).

Природні системи організмів базуються на сукупності ознак різних таксонів і ступені їхньої спорідненості. Загальновизнана система організмів поки що не створена, тому кількість царств, підцарств, типів (відділів) у різних авторів є неоднаковою. У шкільній програмі прийнята система з шістьма царствами організмів.

У всьому розмаїтті органічного світу виділяють дві форми - неклітинну і клітинну, які утворюють, відповідно, дві імперії. Неклітинними є віруси, які поєднують у царство Віруси. Основну масу живих істот складають організми, які мають клітинну будову. У процесі еволюції органічного світу клітина набула властивостей елементарної системи, у якій можливий прояв усіх закономірностей, що характеризують життя. Клітинні організми поділяють за наявністю ядра на два надцарства: доядерні і ядерні.

Величезна різноманітність живих організмів обумовленеє а) наявністю різних рівнів організації живої природи; б) різноманітністю умов, які оточують живі організми; в) здатністю організмів пристосовуватися до різних умов довкілля.

Размещено на Allbest.ru