ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 31.07.2020
Просмотров: 2967
Скачиваний: 3
В 1920 г. амер. философы Г. Браун и Р. Селларс разработали новое понятие «структурные уровни». Согласно их теории, эти уровни различаются не только классами сложности, но и закономерностями их функционирования. Они выдвинули идею иерархической соподчиненности уровней, т.е. вхождение каждого последующего уровня в предыдущий с образованием единого целого, в котором нижний уровень «виден» в самом высшем. Так родилась концепция многоуровневой иерархической «матрешки».
Обычно выделяют такие уровни организации живой материи: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный.
Молекулярный уровень организации подразумевает, что любая система состоит из биологических макромолекул органических веществ. С молекулярного уровня начинаются процессы жизнедеятельности.
Клеточный уровень определяет, что структурной и функциональной единицей всех живых организмов является клетка. К неклеточной форме жизни относят вирусы.
Организменный (онтогенетический) уровень включает саморегулирующуюся иерархическую систему, определяющую согласованную реализацию наследственных признаков и функций, осуществляющихся в пределах автономной живой особи. Термин онтогенез был введен Э. Геккелем еще в 1866 г., который подразумевал под ним рассмотрение особенностей структурной и функциональной организации отдельных организмов (как многоклеточных, так и одноклеточных). Другими словами, онтогенетический уровень – это уровень изучения организма как единого целого. Единицей организменного уровня является особь, которая рассматривается как живая система от момента ее зарождения до смерти, т.е. в процессе онтогенеза.
Популяционно-видовой уровень образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида. Популяция – это совокупность особей одного вида, имеющих общей генофонд и населяющих определенное пространство с относительно однородными условиями. Термин «популяция» был впервые введен в 1903 г. дат. генетиком В. Иогансоном. Популяция является элементарной единицей эволюции. Вид – это совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство.
Биогеоценотический уровень организации – это эволюционно сложившаяся, пространственно организованная, длительно самоподдерживающаяся, однородная природная система функционально взаимосвязанного комплекса живых организмов и окружающей среды. Понятие биогеоценоз было предложено в 1877 г. нем. ученым К. Мебиусом. Такая система характеризуется относительно самостоятельным обменом веществ и особым типом использования потока солнечной энергии. Живыми компонентами биогеоценоза служат продуценты – производители питательных веществ (зеленые растения и хемосинтетики), консументы – потребители питательных веществ (растительноядные животные, хищники, паразитические растения) и разлагающие органику редуценты. Неживыми компонентами являются солнечная энергия, атмосфера и вода. Устойчивость биогеоценозов зависит от многообразия живых организмов внутри системы и многообразия пищевых (трофических) связей между ними.
Биосферный уровень организации – это совокупность всех биогеоценозов Земли. Термин «биосфера» был введен авст. геологом Э. Зюссом в 1875 г., а учение о биосфере как активной оболочке Земли, в которой осуществляется совместная деятельность всех живых организмов, создал рус. ученый В.И. Вернадский в 1919-1926 гг. Биосфера (по Вернадскому) – это одна из оболочек Земли, состав и энергетика которой в существенных своих чертах определена работой живого вещества.
Объединяющим фактором в пределах каждого уровня организации является обмен веществ и энергии. Однако, несмотря на специфичность каждого из уровней организации все они взаимосвязаны и подчиняются общим закономерностям существования живой материи. Каждый последующий уровень является следствием предыдущего.
Гипотеза Гея-Земли. Эта гипотеза возникла в последние два десятилетия на основе учения о биосфере, экологии и концепции коэволюции. Ее авторы – англ. химик Дж. Лавлок и амер. микробиолог Л. Маргулис. Сущность этой гипотезы – Земля является саморегулирующейся системой, созданной биотой (совокупностью всех живых организмов Земли) и окружающей средой, способной сохранять химический состав атмосферы и, тем самым, поддерживать благоприятное для жизни постоянство климата. Другими словами, Земля – это живая саморегулирующаяся система. Мы – обитатели и часть квазиживой целостности, которая обладает способностью глобального гомеостаза. Снисходительна к нарушениям, если «она» в хорошей форме, т.е. в пределах своей способности к саморегуляции. Когда подобная система попадает в состояние стресса, близкого к границам саморегуляции, даже маленькое потрясение может толкнуть «ее» к переходу в новое стабильное состояние или полностью уничтожить.
Свою гипотезу Дж. Лавлок и Л. Маргулис вывели из того, что вначале была обнаружена химическая неравновесность атмосферы Земли, которая стала рассматриваться как признак жизни. По мнению Дж. Лавлока, если жизнь представляет собой глобальную целостность, ее присутствие может быть обнаружено через изменение химического состава атмосферы планеты. Таким образом, сохранение длительной химической неравновесности атмосферы Земли обусловлено совокупностью жизненных процессов на Земле.
-
Одним из первых для исследования строения животных и растительных тканей использовал микроскоп Р. Гук в 17 в. При помощи микроскопа Гук обнаружил в 1665 г. клетки на срезе пробки и ввел в науку этот термин для обозначения единиц строения живой материи. Позже Левенгук в 1674 г. описал сперматозоиды человека, бактерии, простейших и ядра в клетках крови. Эти наблюдения за клетками не сопровождались какими-либо существенными открытиями до тех пор, пока в начале XIX в. не была сформулирована клеточная теория, основы которой были заложены нем. учеными Т. Шванном и М.Я. Шлейденом в 1839 г. Положения клеточной теории: 1) клетка – главная структурная единица всех живых организмов; 2) клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ; 3) размножение клеток происходит путем деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки; 4) в сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции. Значение клеточной теории в развитии науки состоит в том, что благодаря ей стало понятно: клетка – это важнейшая составляющая часть всех живых организмов.
Клетки весьма многообразны. У клеток разный срок существования. Жизненный цикл любой клетки завершается или делением и продолжением жизни, или гибелью. Размеры клеток колеблются от одной тысячной сантиметра до 10 см. Клетка имеет сложную структуру. Она обособляется от внешней среды мембраной, которая обеспечивает взаимодействие клетки с внешним миром: обмен с ним веществом, энергией и информацией. Другой, не менее важной, частью клетки является ядро, в котором хранится наследственная информация обо всем организме в хромосомах. Клетки могут содержать одно или много ядер (эукариоты). Но могут быть безъядерными, т.е. без четко обособленного ядра, хотя ядерное содержимое имеется и размещено в цитоплазме клетки (прокариоты). Третьей основной частью всех клеток является цитоплазма, которая состоит из коллоидного раствора – гиалоплазмы и органоидов (ЭПС, рибосом, митохондрий, пластид, аппарата Гольджи, лизосом, центриолей и др.). Цитоплазма содержит большое количество воды с растворенными в ней солями и органическими веществами. Цитоплазма – среда для всех внутриклеточных физиологических и биохимических процессов. Она способна к движению.
Отличительные особенности растительной, животной, грибной и бактериальной клеток. Растительные, грибные и животные клетки образуют надцарство ядерных организмов или эукариот. Бактериальные клетки и сине-зеленые водоросли образуют надцарство безъядерных организмов или прокариот. Основными отличиями прокариот от эукариот является отсутствие у прокариот четко обособленного ядра и ядерное содержимое (молекулы ДНК) размещено в самой цитоплазме. Они имеют вид колец. Большинство органоидов отсутствуют (комплекс Гольджи, лизосомы, митохондрии, вакуоли, пластиды). Их функции в клетках прокариот выполняют своеобразные мембранные структуры. Среди структур клетки эукариот в клетках прокариот присутствуют рибосомы, клеточная стенка и клеточная мембрана и у некоторых – жгутики.
В клетках грибов и животных среди органоидов в отличие от растительной клетки отсутствуют пластиды (хлоропласты), поэтому клетки грибов и животные клетки не способны синтезировать органические вещества из неорганических под действием лучей Солнца, как это делают растения. Также отсутствуют клеточная оболочка (целлюлозная), запасающие вакуоли (есть только у грибов). Запасающим углеводом у растений является крахмал, а у животных и грибов – гликоген. Растительные клетки по способу питания – автотрофы, а животные клетки и клетки грибов – гетеротрофы.
-
Органический мир на Земле отличается поразительным многообразием видов (по некоторым сведениям, около 5 млн.). Изучить это многообразие было бы невозможно без систематики – науки, занимающейся вопросами классификации живых существ. Система классификации основана на выделении определенных соподчиненных друг другу систематических категорий – видов, родов, семейств, отрядов, классов, отделов и пр.
Систематика живой материи – это основное поле деятельности традиционной биологии, которая имеет давние истоки своего зарождения (средние века), а ее становление в самостоятельную науку приходится на 18-19 вв.
Вершиной искусственной классификации стала система, созданная К. Линнеем в 18 в., которая систематизировала растительный мир по произвольно выбранным, единичным внешним признакам (поэтому она оказалась искусственной). Однако, она четко отображала закономерности, реально существующие в природе и позволяла выделить растения в отдельные группы. К. Линней называл эти группы таксонами. Он же ввел в научную терминологию бинарную номенклатуру с обозначением рода и вида, а также принцип иерархического соподчинения таксонов и их наименования – классы, отряды, роды, виды, разновидности.
Более близкими к природе была система, созданная позже Ж.-Б. Ламарком в 1803 г. Труд Ж.-Б. Ламарка «Естественная история растений» был построен по принципу развития от простого к сложному. В нем ученый акцентировал внимание на происхождении отдельных групп растений и на основе этого пытался установить родственные связи между разными группами растений.
Учение Ч. Дарвина придало систематике новое, эволюционное содержание, которое наиболее полно отражает в естественной системе отношения между организмами, существующие в природе.
Парадигма искусственной систематизации сменилась принципами естественной классификации, основанной на теории эволюции и исходившей не только из внешнего сходства форм, но и из общности происхождения, родства.
Современная систематика использует для классификации и описания не только частные признаки, но и различные особенности строения, экологии, поведения и т.п., характеризующие организмы. Чем полнее учитываются эти особенности, тем в большей мере сходство отражает родство организмов, объединяемых в ту или иную группу (или таксон).
Главная задача современной систематики – создание такой системы органического мира, которая бы наиболее полно отражала взаимоотношения между организмами.
Современная система живой природы составляет самая крупная таксономическая единица – империя. Мир живой природы в настоящее время представлен двумя империями: 1) доклеточная (вирусы и бактериофаги); 2) клеточная. Клеточная империя, в свою очередь представлена двумя надцарствами: 1) ядерные (эукариоты); 2) безъядерные (прокариоты – бактерии и сине-зеленые водоросли). Основным отличием эукариот и прокариот является отсутствие у прокариот обособленного ядра и более примитивное строение клетки. В науке до сих пор не решен вопрос: Какой тип клеточной организации (прокариоты или эукариоты) был первым? Доминирует мнение о появлении первой прокариотической клетки. При этом неоднозначно решается вопрос: Каким путем появляется из прокариотической клетки эукариотическая? Здесь существуют два мнения: 1) аутогенное – происходило постепенное усложнение морфологической структуры клетки путем дифференциации однородного клеточного содержимого (соответствует идеи эволюции); 2) симбиотическое – несколько прокариот в результате симбиоза дали начало одной эукариотической клетке (соответствует идеи коэволюции).
В свою очередь, надцарство ядерных представлено в современной систематике тремя царствами: 1) грибы; 2) растения; 3) животные. Основным отличием между царствами является способ питания. По способу питания все организмы представлены двумя группами: 1) автотрофы (сами создают органические вещества из неорганических при наличии энергии). В зависимости от вида использованной энергии автотрофы представлены двумя подгруппами: а) фотосинтетики (растения) – используют энергию Солнца для синтеза питательных веществ; б) хемосинтетики (бактерии: серобактерии, железобактерии и пр.) – используют энергию химических реакций; 2) гетеротрофы (используют готовые органические вещества в пище). В зависимости от того, питаются эти организмы соками живых или отмерших организмов, гетеротрофы подразделяются на две подгруппы: а) сапрофиты (человек, грибы и др.) – питаются соками отмерших организмов; б) паразиты (некоторые растения, животные, грибы) – питаются соками живых организмов.
Какой вид питания был первичным? По этому поводу в науке не существует единого мнения. Некоторые (Б. Найт, П. Филдс – 1932) считают автотрофный тип питания первичным, т.к. автотрофы не зависят от сложного органического субстрата, им нужен углекислый газ и вода, которых предостаточно было в первозданной атмосфере, а остальное создадут сами. Другие (Опарин – 1924) придерживаются мнения, что гетеротрофный тип питания был первичным, т.к. первые гетеротрофы удовлетворяли свои потребности за счет веществ, сформировавшихся в первичном бульоне. Доминирует подход о первичности гетеротрофного типа питания.
-
На протяжении тысячелетий господствовало объяснение, что будто бы все виды организмов были созданы однажды в их нынешних формах и больше никогда не изменялись. Описание растений и животных ограничивалось характеристикой только внешних признаков. Такова была и наиболее совершенная для своего времени, но оставшаяся в рамках старой парадигмы и поэтому во многом искусственная, классификация швед. ботаника К. Линнея. Он, занимаясь систематикой, отрицал эволюцию живых организмов.
Используя рациональные методы, ряд ученых (фран. Ж.Л.Л. Бюффон, англ. Э. Дарвин, нем. И.В. Гете, рус. М.В. Ломоносов) пришли к выводу, что организмы, населяющие Землю, претерпевают качественные изменения.
Интенсивное проникновение эволюционной парадигмы в биологию началось в конце 18 в. благодаря работам фран. Ж.Б. Ламарка. Он объяснял изменчивость видов двумя факторами: влиянием внешней среды и наследственность. Но он неверно выделил движущие силы эволюции, определяя их как тренировку органов, стремление к совершенству.
Обобщив отдельные эволюционные идеи, Ч. Дарвин в 1859 г. создал стройную, развернутую теорию эволюции.
Главное историческое значение теории – раскрытие механизма эволюции, в котором решающим фактором, определившим выживание, является приспособленность к среде (адаптация), а движущими силами эволюции он определил естественный отбор, наследственность и изменчивость.