Η οποία χαρακτηρίζεται από έναν οργανισμό με σαφή ιεραρχία. Είναι αυτή η ιδιότητα που αντανακλάται από τα λεγόμενα επίπεδα οργάνωσης της ζωής. Σε ένα τέτοιο σύστημα, όλα τα μέρη βρίσκονται ξεκάθαρα, ξεκινώντας από τη χαμηλότερη τάξη μέχρι την υψηλότερη.

Τα επίπεδα οργάνωσης της ζωής είναι ένα ιεραρχικό σύστημα με δευτερεύουσες τάξεις, το οποίο αντικατοπτρίζει όχι μόνο τη φύση των βιοσυστημάτων, αλλά και τη σταδιακή πολυπλοκότητά τους μεταξύ τους. Σήμερα συνηθίζεται να διακρίνουμε οκτώ κύρια επίπεδα

Επιπλέον, διακρίνονται τα ακόλουθα οργανωτικά συστήματα:

1. Ένα μικροσύστημα είναι ένα ορισμένο προ-οργανιστικό στάδιο, το οποίο περιλαμβάνει μοριακά και υποκυτταρικά επίπεδα.

2. Το μεσοσύστημα είναι το επόμενο, οργανικό στάδιο. Αυτό περιλαμβάνει τα κυτταρικά, ιστικά, οργανικά, συστημικά και οργανικά επίπεδα οργάνωσης της ζωής.

Υπάρχουν επίσης μακροσυστήματα, τα οποία αντιπροσωπεύουν ένα υπεροργανιστικό σύνολο επιπέδων.

Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι κάθε επίπεδο έχει τα δικά του χαρακτηριστικά, τα οποία θα συζητηθούν παρακάτω.

Προ-οργανιστικά επίπεδα οργάνωσης της ζωής

Είναι συνηθισμένο να διακρίνουμε δύο κύρια στάδια εδώ:

1. Μοριακό επίπεδο οργάνωσης ζωής - αντιπροσωπεύει το επίπεδο λειτουργίας και οργάνωσης των βιολογικών μακρομορίων, συμπεριλαμβανομένων των πρωτεϊνών, των νουκλεϊκών οξέων, των λιπιδίων και των πολυσακχαριτών. Εδώ ξεκινούν οι πιο σημαντικές διαδικασίες ζωής οποιουδήποτε οργανισμού - η κυτταρική αναπνοή, η μετατροπή ενέργειας, καθώς και η μεταφορά γενετικών πληροφοριών.

2. Υποκυτταρικό επίπεδο - αυτό περιλαμβάνει την οργάνωση των κυτταρικών οργανιδίων, καθένα από τα οποία παίζει σημαντικό ρόλο στην ύπαρξη του κυττάρου.

Οργανικά επίπεδα οργάνωσης ζωής

Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει εκείνα τα συστήματα που διασφαλίζουν την ολιστική λειτουργία ολόκληρου του οργανισμού. Είναι σύνηθες να διακρίνουμε τα ακόλουθα:

1. Κυτταρικό επίπεδο οργάνωσης ζωής. Δεν είναι μυστικό ότι το κελί είναι δομική μονάδαοποιοδήποτε Αυτό το επίπεδο μελετάται με χρήση κυτταρολογικών, κυτταροχημικών, κυτταρογενετικών και

2. Επίπεδο ιστού. Εδώ η κύρια προσοχή πρέπει να δοθεί στη δομή, τα χαρακτηριστικά και τη λειτουργία διάφορα είδηιστούς από τους οποίους στην πραγματικότητα αποτελούνται τα όργανα. Η ιστολογία και η ιστοχημεία μελετούν αυτές τις δομές.

3. Επίπεδο οργάνου. χαρακτηρίζεται από ένα νέο επίπεδο οργάνωσης. Εδώ, ορισμένες ομάδες ιστών ενώνονται για να σχηματίσουν μια ολοκληρωμένη δομή με συγκεκριμένες λειτουργίες. Κάθε όργανο είναι μέρος ενός ζωντανού οργανισμού, αλλά δεν μπορεί να υπάρχει ανεξάρτητα έξω από αυτόν. Αυτό το επίπεδο μελετάται από επιστήμες όπως η φυσιολογία, η ανατομία και, σε κάποιο βαθμό, η εμβρυολογία.

Οργανικό επίπεδοαντιπροσωπεύει τόσο μονοκύτταρους όσο και πολυκύτταρους οργανισμούς. Άλλωστε, κάθε οργανισμός είναι ένα αναπόσπαστο σύστημα, μέσα στο οποίο πραγματοποιούνται όλες οι διαδικασίες που είναι σημαντικές για τη ζωή. Επιπλέον, λαμβάνονται υπόψη οι διαδικασίες γονιμοποίησης, ανάπτυξης και ανάπτυξης, καθώς και η γήρανση ενός μεμονωμένου οργανισμού. Η μελέτη αυτού του επιπέδου πραγματοποιείται από επιστήμες όπως η φυσιολογία, η εμβρυολογία, η γενετική, η ανατομία και η παλαιοντολογία.

Υπεροργανιστικά επίπεδα οργάνωσης ζωής

Εδώ, δεν λαμβάνονται πλέον υπόψη οι οργανισμοί και τα δομικά τους μέρη, αλλά μια ορισμένη ολότητα ζωντανών όντων.

1. Επίπεδο πληθυσμού-ειδών. Η βασική μονάδα εδώ είναι ένας πληθυσμός - ένα σύνολο οργανισμών ενός συγκεκριμένου είδους που κατοικεί σε μια σαφώς περιορισμένη περιοχή. Όλα τα άτομα είναι ικανά να διασταυρώνονται ελεύθερα μεταξύ τους. Η έρευνα σε αυτό το επίπεδο περιλαμβάνει επιστήμες όπως η συστηματική, η οικολογία, η πληθυσμιακή γενετική, η βιογεωγραφία και η ταξινομία.

2. Επίπεδο οικοσυστήματος- εδώ λαμβάνουμε υπόψη μια σταθερή κοινότητα διαφορετικών πληθυσμών, η ύπαρξη της οποίας είναι στενά συνδεδεμένη και εξαρτάται από κλιματικές συνθήκεςκλπ. Η οικολογία μελετά κυρίως αυτό το επίπεδο οργάνωσης

3. Επίπεδο βιόσφαιρας- αυτή είναι η υψηλότερη μορφή οργάνωσης της ζωής, η οποία αντιπροσωπεύει ένα παγκόσμιο σύμπλεγμα βιογεωκαινώσεων ολόκληρου του πλανήτη.

Υπάρχουν τέτοια επίπεδα οργάνωσης της ζωντανής ύλης - επίπεδα βιολογικής οργάνωσης: μοριακό, κυτταρικό, ιστός, όργανο, οργανισμός, πληθυσμός-είδη και οικοσύστημα.

Μοριακό επίπεδο οργάνωσης- αυτό είναι το επίπεδο λειτουργίας των βιολογικών μακρομορίων - βιοπολυμερών: νουκλεϊκά οξέα, πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες, λιπίδια, στεροειδή. Από αυτό το επίπεδο ξεκινούν οι πιο σημαντικές διαδικασίες της ζωής: μεταβολισμός, μετατροπή ενέργειας, μετάδοση κληρονομικές πληροφορίες. Αυτό το επίπεδο μελετάται: βιοχημεία, μοριακή γενετική, μοριακή βιολογία, γενετική, βιοφυσική.

Κυτταρικό επίπεδο- αυτό είναι το επίπεδο των κυττάρων (κύτταρα βακτηρίων, κυανοβακτήρια, μονοκύτταρα ζώα και φύκια, μονοκύτταροι μύκητες, κύτταρα πολυκύτταρων οργανισμών). Ένα κύτταρο είναι μια δομική μονάδα ζωντανών όντων, μια λειτουργική μονάδα, μια μονάδα ανάπτυξης. Αυτό το επίπεδο μελετάται από την κυτταρολογία, την κυτταροχημεία, την κυτταρογενετική και τη μικροβιολογία.

Επίπεδο οργάνωσης ιστού- αυτό είναι το επίπεδο στο οποίο μελετάται η δομή και η λειτουργία των ιστών. Αυτό το επίπεδο μελετάται από την ιστολογία και την ιστοχημεία.

Επίπεδο οργάνωσης οργάνου- Αυτό είναι το επίπεδο των οργάνων των πολυκύτταρων οργανισμών. Η ανατομία, η φυσιολογία και η εμβρυολογία μελετούν αυτό το επίπεδο.

Οργανικό επίπεδο οργάνωσης- αυτό είναι το επίπεδο των μονοκύτταρων, αποικιακών και πολυκύτταρων οργανισμών. Η ιδιαιτερότητα του επιπέδου του οργανισμού είναι ότι σε αυτό το επίπεδο λαμβάνει χώρα η αποκωδικοποίηση και η εφαρμογή της γενετικής πληροφορίας, ο σχηματισμός χαρακτηριστικών εγγενών σε άτομα ενός δεδομένου είδους. Αυτό το επίπεδο μελετάται από τη μορφολογία (ανατομία και εμβρυολογία), τη φυσιολογία, τη γενετική και την παλαιοντολογία.

Επίπεδο πληθυσμού-ειδών- αυτό είναι το επίπεδο των μεγεθών των ατόμων - πληθυσμούςΚαι είδος. Αυτό το επίπεδο μελετάται από συστηματική, ταξινομία, οικολογία, βιογεωγραφία, πληθυσμιακή γενετική. Σε αυτό το επίπεδο, η γενετική και οικολογικά χαρακτηριστικά των πληθυσμών, στοιχειώδες εξελικτικούς παράγοντεςκαι την επίδρασή τους στη γονιδιακή δεξαμενή (μικροεξέλιξη), το πρόβλημα της διατήρησης των ειδών.

Επίπεδο οργάνωσης οικοσυστήματος- αυτό είναι το επίπεδο των μικροοικοσυστημάτων, των μεσοοικοσυστημάτων, των μακροοικοσυστημάτων. Σε αυτό το επίπεδο, μελετώνται είδη διατροφής, τύποι σχέσεων μεταξύ οργανισμών και πληθυσμών στο οικοσύστημα, μέγεθος πληθυσμού, πληθυσμιακή δυναμική, πυκνότητα πληθυσμού, παραγωγικότητα οικοσυστήματος, διαδοχή. Αυτό το επίπεδο μελετά την οικολογία.

Επίσης διακρίθηκε επίπεδο οργάνωσης της βιόσφαιραςζωντανή ύλη. Η βιόσφαιρα είναι ένα γιγάντιο οικοσύστημα που καταλαμβάνει μέρος του γεωγραφικού περιβλήματος της Γης. Αυτό είναι ένα μέγα οικοσύστημα. Στη βιόσφαιρα υπάρχει μια κυκλοφορία ουσιών και χημικών στοιχείων, καθώς και ο μετασχηματισμός της ηλιακής ενέργειας.

2. Θεμελιώδεις ιδιότητες της ζωντανής ύλης

Μεταβολισμός (μεταβολισμός)

Ο μεταβολισμός (μεταβολισμός) είναι ένα σύνολο χημικών μετασχηματισμών που συμβαίνουν σε ζωντανά συστήματα που εξασφαλίζουν τη ζωτική τους δραστηριότητα, ανάπτυξη, αναπαραγωγή, ανάπτυξη, αυτοσυντήρηση, συνεχή επαφή με το περιβάλλον και την ικανότητα προσαρμογής σε αυτό και τις αλλαγές του. Κατά τη διάρκεια της μεταβολικής διαδικασίας, τα μόρια που αποτελούν τα κύτταρα διασπώνται και συντίθενται. σχηματισμός, καταστροφή και ανανέωση κυτταρικών δομών και μεσοκυττάριας ουσίας. Ο μεταβολισμός βασίζεται στις αλληλένδετες διαδικασίες αφομοίωσης (αναβολισμός) και αφομοίωσης (καταβολισμός). Αφομοίωση - διαδικασίες σύνθεσης πολύπλοκων μορίων από απλά με τη δαπάνη της ενέργειας που αποθηκεύεται κατά την αφομοίωση (καθώς και τη συσσώρευση ενέργειας κατά την εναπόθεση συνθετικών ουσιών). Η αφομοίωση είναι η διαδικασία διάσπασης (αναερόβιας ή αερόβιας) πολύπλοκων οργανικών ενώσεων, η οποία συμβαίνει με την απελευθέρωση ενέργειας που είναι απαραίτητη για τη λειτουργία του σώματος. Σε αντίθεση με τα σώματα της άψυχης φύσης, η ανταλλαγή με το περιβάλλον για τους ζωντανούς οργανισμούς αποτελεί προϋπόθεση για την ύπαρξή τους. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται αυτοανανέωση. Οι μεταβολικές διεργασίες που συμβαίνουν μέσα στο σώμα συνδυάζονται σε μεταβολικούς καταρράκτες και κύκλους με χημικές αντιδράσεις που είναι αυστηρά διατεταγμένες στο χρόνο και στο χώρο. Η συντονισμένη εμφάνιση μεγάλου αριθμού αντιδράσεων σε μικρό όγκο επιτυγχάνεται μέσω της διατεταγμένης κατανομής μεμονωμένων μεταβολικών μονάδων στο κύτταρο (η αρχή της διαμερισματοποίησης). Οι μεταβολικές διεργασίες ρυθμίζονται με τη βοήθεια βιοκαταλυτών - ειδικών ενζυμικών πρωτεϊνών. Κάθε ένζυμο έχει την ειδικότητα του υποστρώματος να καταλύει τη μετατροπή μόνο ενός υποστρώματος. Αυτή η ειδικότητα βασίζεται σε ένα είδος «αναγνώρισης» του υποστρώματος από το ένζυμο. Η ενζυματική κατάλυση διαφέρει από τη μη βιολογική κατάλυση ως προς την εξαιρετικά υψηλή της απόδοση, με αποτέλεσμα ο ρυθμός της αντίστοιχης αντίδρασης να αυξάνεται κατά 1010 - 1013 φορές. Κάθε μόριο ενζύμου είναι ικανό να εκτελεί από πολλές χιλιάδες έως αρκετά εκατομμύρια λειτουργίες ανά λεπτό χωρίς να καταστραφεί κατά τη συμμετοχή σε αντιδράσεις. Μια άλλη χαρακτηριστική διαφορά μεταξύ των ενζύμων και των μη βιολογικών καταλυτών είναι ότι τα ένζυμα είναι ικανά να επιταχύνουν τις αντιδράσεις υπό κανονικές συνθήκες (ατμοσφαιρική πίεση, θερμοκρασία σώματος κ.λπ.). Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες - αυτότροφους και ετερότροφους, που διαφέρουν ως προς τις πηγές ενέργειας και τις απαραίτητες ουσίες για τη ζωή τους. Οι αυτότροφοι είναι οργανισμοί που συνθέτουν οργανικές ενώσεις από ανόργανες ουσίες χρησιμοποιώντας την ενέργεια του ηλιακού φωτός (φωτοσυνθετικά - πράσινα φυτά, φύκια, ορισμένα βακτήρια) ή ενέργεια που λαμβάνεται από την οξείδωση ενός ανόργανου υποστρώματος (χημοσυνθετικά - θείο, βακτήρια σιδήρου και ορισμένοι άλλοι αυτοτροφικοί οργανισμοί). είναι σε θέση να συνθέσουν όλα τα συστατικά του κυττάρου. Ο ρόλος των φωτοσυνθετικών αυτότροφων στη φύση είναι καθοριστικός - όντας ο κύριος παραγωγός οργανικής ύλης στη βιόσφαιρα, εξασφαλίζουν την ύπαρξη όλων των άλλων οργανισμών και την πορεία των βιογεωχημικών κύκλων στον κύκλο των ουσιών στη Γη. Τα ετερότροφα (όλα τα ζώα, οι μύκητες, τα περισσότερα βακτήρια, ορισμένα φυτά που δεν περιέχουν χλωροφύλλη) είναι οργανισμοί που απαιτούν για την ύπαρξή τους έτοιμες οργανικές ουσίες, οι οποίες, όταν παρέχονται ως τροφή, χρησιμεύουν ταυτόχρονα ως πηγή ενέργειας και ως απαραίτητο «δομικό υλικό». . Χαρακτηριστικό γνώρισμα των ετερότροφων είναι η παρουσία αμφιβολισμού, δηλ. η διαδικασία σχηματισμού μικρών οργανικών μορίων (μονομερών) που σχηματίζονται κατά την πέψη των τροφών (η διαδικασία αποδόμησης πολύπλοκων υποστρωμάτων). Τέτοια μόρια - μονομερή - χρησιμοποιούνται για τη συναρμολόγηση των δικών τους πολύπλοκων οργανικών ενώσεων.

Αυτοαναπαραγωγή (αναπαραγωγή)

Η ικανότητα αναπαραγωγής (αναπαραγωγή του είδους του, αυτοαναπαραγωγή) είναι μια από τις θεμελιώδεις ιδιότητες των ζωντανών οργανισμών. Η αναπαραγωγή είναι απαραίτητη για να εξασφαλιστεί η συνέχεια της ύπαρξης των ειδών, γιατί Η διάρκεια ζωής ενός μεμονωμένου οργανισμού είναι περιορισμένη. Η αναπαραγωγή περισσότερο από αντισταθμίζει τις απώλειες που προκαλούνται από τον φυσικό θάνατο των ατόμων, και έτσι διατηρεί τη διατήρηση του είδους για γενιές ατόμων. Στη διαδικασία της εξέλιξης των ζωντανών οργανισμών, συνέβη η εξέλιξη των μεθόδων αναπαραγωγής. Ως εκ τούτου, τα υπάρχοντα σήμερα πολυάριθμα και διαφορετικά ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙζωντανούς οργανισμούς που ανακαλύπτουμε διαφορετικά σχήματααναπαραγωγή. Πολλά είδη οργανισμών συνδυάζουν διάφορες μεθόδους αναπαραγωγής. Είναι απαραίτητο να διακρίνουμε δύο θεμελιωδώς διαφορετικούς τύπους αναπαραγωγής οργανισμών - την ασεξουαλική (ο πρωταρχικός και πιο αρχαίος τύπος αναπαραγωγής) και τη σεξουαλική. Στη διαδικασία της ασεξουαλικής αναπαραγωγής, ένα νέο άτομο σχηματίζεται από ένα ή μια ομάδα κυττάρων (σε πολυκύτταρους οργανισμούς) του μητρικού οργανισμού. Σε όλες τις μορφές ασεξουαλικής αναπαραγωγής, οι απόγονοι έχουν γονότυπο (σύνολο γονιδίων) πανομοιότυπο με τον μητρικό. Κατά συνέπεια, όλοι οι απόγονοι ενός μητρικού οργανισμού αποδεικνύονται γενετικά ομοιογενείς και τα θυγατρικά άτομα έχουν το ίδιο σύνολο χαρακτηριστικών. Στη σεξουαλική αναπαραγωγή, ένα νέο άτομο αναπτύσσεται από έναν ζυγώτη, ο οποίος σχηματίζεται από τη σύντηξη δύο εξειδικευμένων γεννητικών κυττάρων (η διαδικασία της γονιμοποίησης) που παράγονται από δύο μητρικούς οργανισμούς. Ο πυρήνας στο ζυγώτη περιέχει ένα υβριδικό σύνολο χρωμοσωμάτων, που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα του συνδυασμού συνόλων χρωμοσωμάτων συντηγμένων πυρήνων γαμετών. Στον πυρήνα του ζυγώτη δημιουργείται έτσι ένας νέος συνδυασμός κληρονομικών κλίσεων (γονιδίων), που εισάγονται εξίσου και από τους δύο γονείς. Και ο θυγατρικός οργανισμός που αναπτύσσεται από το ζυγώτη θα έχει έναν νέο συνδυασμό χαρακτηριστικών. Με άλλα λόγια, κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή, εμφανίζεται μια συνδυαστική μορφή κληρονομικής μεταβλητότητας των οργανισμών, η οποία διασφαλίζει την προσαρμογή των ειδών στις μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες και αποτελεί ουσιαστικό παράγοντα στην εξέλιξη. Αυτό είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα της σεξουαλικής αναπαραγωγής σε σύγκριση με την ασεξουαλική αναπαραγωγή. Η ικανότητα των ζωντανών οργανισμών να αναπαράγονται βασίζεται στη μοναδική ιδιότητα των νουκλεϊκών οξέων για αναπαραγωγή και στο φαινόμενο της σύνθεσης μήτρας, το οποίο αποτελεί τη βάση του σχηματισμού μορίων νουκλεϊκού οξέος και πρωτεϊνών. Η αυτοαναπαραγωγή σε μοριακό επίπεδο καθορίζει τόσο την υλοποίηση του μεταβολισμού στα κύτταρα όσο και την αυτοαναπαραγωγή των ίδιων των κυττάρων. Η κυτταρική διαίρεση (αυτοαναπαραγωγή κυττάρων) αποτελεί τη βάση της ατομικής ανάπτυξης των πολυκύτταρων οργανισμών και της αναπαραγωγής όλων των οργανισμών. Η αναπαραγωγή των οργανισμών εξασφαλίζει την αυτοαναπαραγωγή όλων των ειδών που κατοικούν στη Γη, κάτι που με τη σειρά του καθορίζει την ύπαρξη βιογεωκαινόζων και της βιόσφαιρας.

Κληρονομικότητα και μεταβλητότητα

Η κληρονομικότητα παρέχει υλική συνέχεια (τη ροή της γενετικής πληροφορίας) μεταξύ των γενεών των οργανισμών. Σχετίζεται στενά με την αναπαραγωγή σε μοριακό, υποκυτταρικό και κυτταρικό επίπεδο. Οι γενετικές πληροφορίες που καθορίζουν την ποικιλομορφία των κληρονομικών χαρακτηριστικών είναι κρυπτογραφημένες στη μοριακή δομή του DNA (σε RNA για ορισμένους ιούς). Τα γονίδια κωδικοποιούν πληροφορίες για τη δομή των συντιθέμενων πρωτεϊνών, ενζυματικές και δομικές. Ο γενετικός κώδικας είναι ένα σύστημα «καταγραφής» πληροφοριών σχετικά με την αλληλουχία αμινοξέων στις συντιθέμενες πρωτεΐνες χρησιμοποιώντας την αλληλουχία νουκλεοτιδίων στο μόριο του DNA. Το σύνολο όλων των γονιδίων ενός οργανισμού ονομάζεται γονότυπος και το σύνολο των χαρακτηριστικών ονομάζεται φαινότυπος. Ο φαινότυπος εξαρτάται τόσο από τον γονότυπο όσο και από εσωτερικούς και εξωτερικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες που επηρεάζουν τη δραστηριότητα των γονιδίων και καθορίζουν τις τακτικές διαδικασίες. Η αποθήκευση και η μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών πραγματοποιείται σε όλους τους οργανισμούς με τη βοήθεια νουκλεϊκών οξέων ο γενετικός κώδικας είναι ο ίδιος για όλα τα έμβια όντα στη Γη, δηλ. είναι καθολική. Χάρη στην κληρονομικότητα, τα χαρακτηριστικά μεταβιβάζονται από γενιά σε γενιά που εξασφαλίζουν την προσαρμογή των οργανισμών στο περιβάλλον τους. Εάν κατά την αναπαραγωγή των οργανισμών εκδηλώνονταν μόνο η συνέχεια των υπαρχόντων σημείων και ιδιοτήτων, τότε στο πλαίσιο των μεταβαλλόμενων περιβαλλοντικών συνθηκών η ύπαρξη οργανισμών θα ήταν αδύνατη, αφού απαραίτητη προϋπόθεση για τη ζωή των οργανισμών είναι η προσαρμοστικότητά τους στις συνθήκες τους. περιβάλλον. Υπάρχει μεταβλητότητα στην ποικιλότητα των οργανισμών που ανήκουν στο ίδιο είδος. Η μεταβλητότητα μπορεί να συμβεί σε μεμονωμένους οργανισμούς κατά τη διάρκεια της ατομικής τους ανάπτυξής ή μέσα σε μια ομάδα οργανισμών σε μια σειρά γενεών κατά την αναπαραγωγή. Υπάρχουν δύο κύριες μορφές μεταβλητότητας, που διαφέρουν ως προς τους μηχανισμούς εμφάνισης, τη φύση των αλλαγών στα χαρακτηριστικά και, τέλος, τη σημασία τους για την ύπαρξη ζωντανών οργανισμών - γονότυπος (κληρονομικός) και τροποποιητικός (μη κληρονομικός). Η γονοτυπική μεταβλητότητα σχετίζεται με αλλαγή του γονότυπου και οδηγεί σε αλλαγή του φαινοτύπου. Η γονοτυπική μεταβλητότητα μπορεί να βασίζεται σε μεταλλάξεις (mutational variability) ή νέους συνδυασμούς γονιδίων που προκύπτουν κατά τη διαδικασία γονιμοποίησης κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή. Στη μορφή μετάλλαξης, οι αλλαγές συνδέονται κυρίως με σφάλματα κατά την αντιγραφή των νουκλεϊκών οξέων. Έτσι, εμφανίζονται νέα γονίδια που φέρουν νέες γενετικές πληροφορίες. εμφανίζονται νέα σημάδια. Και αν οι νεοεμφανιζόμενοι χαρακτήρες είναι χρήσιμοι στον οργανισμό σε συγκεκριμένες συνθήκες, τότε «μαζεύονται» και «διορθώνονται» από τη φυσική επιλογή. Έτσι, η προσαρμοστικότητα των οργανισμών στις περιβαλλοντικές συνθήκες, η ποικιλομορφία των οργανισμών βασίζεται στην κληρονομική (γονοτυπική) μεταβλητότητα και δημιουργούνται οι προϋποθέσεις για θετική εξέλιξη. Με τη μη κληρονομική (τροποποιητική) μεταβλητότητα, οι αλλαγές στον φαινότυπο συμβαίνουν υπό την επίδραση περιβαλλοντικών παραγόντων και δεν συνδέονται με αλλαγές στον γονότυπο. Τροποποιήσεις (αλλαγές στα χαρακτηριστικά κατά τη μεταβλητότητα της τροποποίησης) συμβαίνουν εντός των ορίων του κανόνα αντίδρασης, ο οποίος βρίσκεται υπό τον έλεγχο του γονότυπου. Οι τροποποιήσεις δεν μεταβιβάζονται στις επόμενες γενιές. Η σημασία της μεταβλητότητας τροποποίησης είναι ότι διασφαλίζει την προσαρμοστικότητα του οργανισμού σε περιβαλλοντικούς παράγοντες κατά τη διάρκεια της ζωής του.

Ατομική ανάπτυξη των οργανισμών

Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί έχουν μια διαδικασία ατομική ανάπτυξη- οντογένεση. Παραδοσιακά, η οντογένεση νοείται ως η διαδικασία της ατομικής ανάπτυξης ενός πολυκύτταρου οργανισμού (που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της σεξουαλικής αναπαραγωγής) από τη στιγμή του σχηματισμού του ζυγώτη έως τον φυσικό θάνατο του ατόμου. Λόγω της διαίρεσης του ζυγώτη και των επόμενων γενεών κυττάρων, σχηματίζεται ένας πολυκύτταρος οργανισμός που αποτελείται από έναν τεράστιο αριθμό ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙκύτταρα, διάφορους ιστούς και όργανα. Η ανάπτυξη ενός οργανισμού βασίζεται σε ένα «γενετικό πρόγραμμα» (ενσωματωμένο στα γονίδια των χρωμοσωμάτων του ζυγώτη) και πραγματοποιείται υπό συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες, οι οποίες επηρεάζουν σημαντικά τη διαδικασία υλοποίησης της γενετικής πληροφορίας κατά την ατομική ύπαρξη ενός άτομο. Στα αρχικά στάδια της ατομικής ανάπτυξης, εμφανίζεται εντατική ανάπτυξη (αύξηση μάζας και μεγέθους), που προκαλείται από την αναπαραγωγή μορίων, κυττάρων και άλλων δομών και τη διαφοροποίηση, δηλ. την εμφάνιση διαφορών στη δομή και την πολυπλοκότητα των λειτουργιών. Σε όλα τα στάδια της οντογένεσης, διάφοροι περιβαλλοντικοί παράγοντες (θερμοκρασία, βαρύτητα, πίεση, σύνθεση τροφής ως προς την περιεκτικότητα σε χημικά στοιχεία και βιταμίνες, διάφορους φυσικούς και χημικούς παράγοντες) έχουν σημαντική ρυθμιστική επίδραση στην ανάπτυξη του σώματος. Η μελέτη του ρόλου αυτών των παραγόντων στη διαδικασία της ατομικής ανάπτυξης των ζώων και των ανθρώπων είναι τεράστιας σημασίας. πρακτική σημασία, αυξάνοντας με την αύξηση των ανθρωπογενών επιπτώσεων στη φύση. Σε διάφορους τομείς της βιολογίας, της ιατρικής, της κτηνιατρικής και άλλων επιστημών, διεξάγεται ευρέως έρευνα για τη μελέτη των διαδικασιών φυσιολογικής και παθολογικής ανάπτυξης των οργανισμών και για την αποσαφήνιση των προτύπων οντογένεσης.

Ευερέθιστο

Αναπόσπαστη ιδιότητα των οργανισμών και όλων των ζωντανών συστημάτων είναι η ευερεθιστότητα - η ικανότητα να αντιλαμβάνονται εξωτερικά ή εσωτερικά ερεθίσματα (επιπτώσεις) και να ανταποκρίνονται επαρκώς σε αυτά. Στους οργανισμούς, η ευερεθιστότητα συνοδεύεται από ένα σύμπλεγμα αλλαγών, που εκφράζονται σε μεταβολές του μεταβολισμού, ηλεκτρικό δυναμικό στις κυτταρικές μεμβράνες, φυσικοχημικές παραμέτρους στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων, σε κινητικές αντιδράσεις και τα εξαιρετικά οργανωμένα ζώα χαρακτηρίζονται από αλλαγές στη συμπεριφορά τους.

4. Κεντρικό δόγμα ΜΟΡΙΑΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ - ένας γενικευμένος κανόνας για την εφαρμογή της γενετικής πληροφορίας που παρατηρείται στη φύση: οι πληροφορίες μεταδίδονται από νουκλεϊκά οξέαΠρος την σκίουρος, αλλά όχι προς την αντίθετη κατεύθυνση. Ο κανόνας διατυπώθηκε Φράνσις Κρικ V 1958 έτος και ευθυγραμμίστηκε με τα δεδομένα που είχαν συγκεντρωθεί μέχρι εκείνη τη στιγμή 1970 έτος. Μεταφορά γενετικών πληροφοριών από DNAΠρος την RNAκαι από RNA σε σκίουροςείναι καθολική για όλους τους κυτταρικούς οργανισμούς χωρίς εξαίρεση, αποτελεί τη βάση της βιοσύνθεσης των μακρομορίων. Η αντιγραφή του γονιδιώματος αντιστοιχεί στη μετάβαση πληροφοριών DNA → DNA. Στη φύση, υπάρχουν επίσης μεταβάσεις RNA → RNA και RNA → DNA (για παράδειγμα, σε ορισμένους ιούς), καθώς και αλλαγές διαμόρφωσηπρωτεΐνες που μεταφέρονται από μόριο σε μόριο.

Καθολικές μέθοδοι μετάδοσης βιολογικών πληροφοριών

Στους ζωντανούς οργανισμούς υπάρχουν τρεις τύποι ετερογενών, δηλαδή που αποτελούνται από διαφορετικά πολυμερή μονομερή - DNA, RNA και πρωτεΐνη. Η μεταφορά πληροφοριών μεταξύ τους μπορεί να πραγματοποιηθεί με 3 x 3 = 9 τρόπους. Το Κεντρικό Δόγμα χωρίζει αυτούς τους 9 τύπους μεταφοράς πληροφοριών σε τρεις ομάδες:

Γενικά - βρίσκεται στους περισσότερους ζωντανούς οργανισμούς.

Ειδικό - βρέθηκε ως εξαίρεση, σε ιούςκαι στο κινητά στοιχεία γονιδιώματοςή υπό βιολογικές συνθήκες πείραμα;

Άγνωστο - δεν βρέθηκε.

Αντιγραφή DNA (DNA → DNA)

Το DNA είναι ο κύριος τρόπος μετάδοσης πληροφοριών μεταξύ γενεών ζωντανών οργανισμών, επομένως η ακριβής αντιγραφή (αντιγραφή) του DNA είναι πολύ σημαντική. Η αντιγραφή πραγματοποιείται από ένα σύμπλεγμα πρωτεϊνών που ξετυλίγονται χρωματίνη, μετά διπλή έλικα. Μετά από αυτό, η DNA πολυμεράση και οι σχετικές πρωτεΐνες δημιουργούν ένα πανομοιότυπο αντίγραφο σε καθεμία από τις δύο αλυσίδες.

Μεταγραφή (DNA → RNA)

Η μεταγραφή είναι μια βιολογική διαδικασία ως αποτέλεσμα της οποίας οι πληροφορίες που περιέχονται σε ένα τμήμα του DNA αντιγράφονται στο συντιθέμενο μόριο αγγελιοφόρο RNA. Η μεταγραφή πραγματοποιείται παράγοντες μεταγραφήςΚαι RNA πολυμεράση. ΣΕ ευκαρυωτικό κύτταροτο πρωτεύον αντίγραφο (προ-mRNA) επεξεργάζεται συχνά. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται μάτισμα.

Μετάφραση (RNA → πρωτεΐνη)

Διαβάζεται το ώριμο mRNA ριβοσώματακατά τη διάρκεια της εκπομπής. ΣΕ προκαρυωτικόΣτα κύτταρα, οι διαδικασίες μεταγραφής και μετάφρασης δεν διαχωρίζονται χωρικά και αυτές οι διαδικασίες συνδέονται. ΣΕ ευκαρυωτικόκυτταρική θέση μεταγραφής πυρήνα του κυττάρουχωρισμένο από την τοποθεσία εκπομπής ( κυτόπλασμα) πυρηνική μεμβράνηάρα mRNA μεταφέρονται από τον πυρήναστο κυτταρόπλασμα. Το mRNA διαβάζεται από το ριβόσωμα με τη μορφή τριών νουκλεοτίδιο"λόγια". Συμπλέγματα παράγοντες έναρξηςΚαι παράγοντες επιμήκυνσηςπαραδίδουν αμινοακυλιωμένα μεταφορά RNAστο σύμπλεγμα mRNA-ριβοσώματος.

5. Αντίστροφη μεταγραφήείναι η διαδικασία σχηματισμού ενός δίκλωνου DNAσε μονόκλωνη μήτρα RNA. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗμεταγραφή, αφού η μεταφορά της γενετικής πληροφορίας γίνεται προς την «αντίστροφη» κατεύθυνση σε σχέση με τη μεταγραφή.

Η ιδέα της αντίστροφης μεταγραφής ήταν πολύ αντιδημοφιλής στην αρχή επειδή ήταν σε αντίθεση κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας, που πρότεινε ότι το DNA μεταγραφήστο RNA και όχι μόνο αναμετάδοσησε πρωτεΐνες. Βρέθηκε στο ρετροϊούς, Για παράδειγμα, HIVκαι σε περίπτωση ρετροτρανσποζόνια.

μεταγωγή(από λατ. μεταγωγή- κίνηση) - διαδικασία μεταφοράς βακτηριακός DNAαπό το ένα κελί στο άλλο βακτηριοφάγος. Η γενική μεταγωγή χρησιμοποιείται στη βακτηριακή γενετική για να χαρτογράφηση γονιδιώματοςκαι σχεδιασμός στελέχη. Τόσο οι εύκρατοι φάγοι όσο και οι λοιμογόνοι φάγοι είναι ικανοί για μεταγωγή, ωστόσο, καταστρέφουν τον βακτηριακό πληθυσμό, επομένως η μεταγωγή με τη βοήθειά τους δεν έχει κανένα αποτέλεσμα. μεγάλης σημασίαςούτε στη φύση ούτε κατά τη διάρκεια της έρευνας.

Ένα μόριο DNA φορέα είναι ένα μόριο DNA που δρα ως φορέας. Το μόριο φορέας πρέπει να έχει μια σειρά από χαρακτηριστικά:

Η ικανότητα αυτόνομης αναπαραγωγής σε ένα κύτταρο ξενιστή (συνήθως βακτηριακό ή ζυμομύκητα)

Παρουσία επιλεκτικού δείκτη

Διαθεσιμότητα βολικών τοποθεσιών περιορισμού

Τα βακτηριακά πλασμίδια δρουν συχνότερα ως φορείς.

Επίπεδα οργάνωσης των έμβιων όντων

Η οργάνωση των έμβιων όντων χωρίζεται κυρίως σε μοριακό, κυτταρικό, ιστό, όργανο, οργανισμό, πληθυσμό, είδη, βιοκαινοτικό και παγκόσμιο (βιόσφαιρα) επίπεδα. Σε όλα αυτά τα επίπεδα εμφανίζονται όλες οι ιδιότητες που χαρακτηρίζουν τα έμβια όντα. Κάθε ένα από αυτά τα επίπεδα χαρακτηρίζεται από χαρακτηριστικά που είναι εγγενή σε άλλα επίπεδα, αλλά κάθε επίπεδο έχει τα δικά του ειδικά χαρακτηριστικά.

Μοριακό επίπεδο. Αυτό το επίπεδο είναι βαθιά στην οργάνωση των ζωντανών όντων και αντιπροσωπεύεται από μόρια νουκλεϊκών οξέων, πρωτεϊνών, υδατανθράκων, λιπιδίων και στεροειδών που βρίσκονται στα κύτταρα και, όπως ήδη σημειώθηκε, ονομάζονται βιολογικά μόρια.

Τα μεγέθη των βιολογικών μορίων χαρακτηρίζονται από αρκετά σημαντική ποικιλομορφία, η οποία καθορίζεται από τον χώρο που καταλαμβάνουν στη ζωντανή ύλη. Τα μικρότερα βιολογικά μόρια είναι τα νουκλεοτίδια, τα αμινοξέα και τα σάκχαρα. Αντίθετα, τα μόρια πρωτεΐνης χαρακτηρίζονται από σημαντικά μεγαλύτερα μεγέθη. Για παράδειγμα, η διάμετρος ενός μορίου ανθρώπινης αιμοσφαιρίνης είναι 6,5 nm.

Τα βιολογικά μόρια συντίθενται από πρόδρομες ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους, που είναι το μονοξείδιο του άνθρακα, το νερό και το ατμοσφαιρικό άζωτο, και οι οποίες μεταβολίζονται μέσω ενδιάμεσων ενώσεων αυξανόμενου μοριακού βάρους ( δομικά στοιχεία) σε βιολογικά μακρομόρια με υψηλό μοριακό βάρος (Εικ. 42). Σε αυτό το επίπεδο αρχίζουν και συμβαίνουν οι πιο σημαντικές διαδικασίες της ζωής (κωδικοποίηση και μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών, αναπνοή, μεταβολισμός και ενέργεια, μεταβλητότητα κ.λπ.).

Η φυσικοχημική ιδιαιτερότητα αυτού του επιπέδου είναι ότι η σύνθεση των ζωντανών όντων περιλαμβάνει ένας μεγάλος αριθμός απόχημικά στοιχεία, αλλά η βασική στοιχειακή σύνθεση των ζωντανών όντων αντιπροσωπεύεται από άνθρακα, οξυγόνο, υδρογόνο και άζωτο. Τα μόρια σχηματίζονται από ομάδες ατόμων και από τα τελευταία σχηματίζονται σύνθετες χημικές ενώσεις που διαφέρουν ως προς τη δομή και τη λειτουργία τους. Οι περισσότερες από αυτές τις ενώσεις στα κύτταρα αντιπροσωπεύονται από νουκλεϊκά οξέα και πρωτεΐνες, τα μακρομόρια των οποίων είναι πολυμερή που συντίθενται ως αποτέλεσμα του σχηματισμού μονομερών και τα τελευταία συνδυάζονται με μια ορισμένη σειρά. Επιπλέον, τα μονομερή των μακρομορίων της ίδιας ένωσης έχουν τις ίδιες χημικές ομάδες και συνδέονται με χημικοί δεσμοίμεταξύ των ατόμων των μη ειδικών τμημάτων τους (τμημάτων).

Όλα τα μακρομόρια είναι καθολικά, γιατί είναι χτισμένα σύμφωνα με το ίδιο σχέδιο, ανεξάρτητα από το είδος τους. Όντας καθολικοί, είναι ταυτόχρονα μοναδικοί, γιατί η δομή τους είναι αμίμητη. Για παράδειγμα, τα νουκλεοτίδια DNA περιέχουν μία αζωτούχα βάση από τις τέσσερις γνωστές (αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και θυμίνη), με αποτέλεσμα οποιοδήποτε νουκλεοτίδιο ή οποιαδήποτε αλληλουχία νουκλεοτιδίων σε μόρια DNA να είναι μοναδική στη σύνθεσή του, όπως και η δευτερογενής δομή του μορίου του DNA είναι επίσης μοναδικό. Οι περισσότερες πρωτεΐνες περιέχουν 100-500 αμινοξέα, αλλά οι αλληλουχίες αμινοξέων στα μόρια πρωτεΐνης είναι μοναδικές, γεγονός που τις καθιστά μοναδικές.

Συνδυάζοντας, μακρομόρια διαφορετικών τύπων σχηματίζουν υπερμοριακές δομές, παραδείγματα των οποίων είναι οι νουκλεοπρωτεΐνες, οι οποίες είναι σύμπλοκα νουκλεϊκών οξέων και πρωτεϊνών, οι λιποπρωτεΐνες (σύμπλοκα λιπιδίων και πρωτεϊνών), τα ριβοσώματα (σύμπλοκα νουκλεϊκών οξέων και πρωτεϊνών). Σε αυτές τις δομές, τα σύμπλοκα συνδέονται μη ομοιοπολικά, αλλά η μη ομοιοπολική σύνδεση είναι πολύ συγκεκριμένη. Τα βιολογικά μακρομόρια χαρακτηρίζονται από συνεχείς μετασχηματισμούς, οι οποίοι διασφαλίζονται από χημικές αντιδράσεις που καταλύονται από ένζυμα. Σε αυτές τις αντιδράσεις, τα ένζυμα μετατρέπουν ένα υπόστρωμα σε προϊόν αντίδρασης μέσα σε εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα, το οποίο μπορεί να είναι μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου ή και μικροδευτερόλεπτα. Για παράδειγμα, ο χρόνος που χρειάζεται για μια δίκλωνη έλικα DNA για να ξετυλιχθεί πριν την αντιγραφή της είναι μόνο μερικά μικροδευτερόλεπτα.

Η βιολογική ειδικότητα του μοριακού επιπέδου καθορίζεται από τη λειτουργική εξειδίκευση των βιολογικών μορίων. Για παράδειγμα, η ειδικότητα των νουκλεϊκών οξέων έγκειται στο γεγονός ότι κωδικοποιούν γενετικές πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση πρωτεϊνών. Άλλα βιολογικά μόρια δεν έχουν αυτή την ιδιότητα.

Η ειδικότητα των πρωτεϊνών καθορίζεται από την ειδική αλληλουχία αμινοξέων στα μόριά τους. Αυτή η αλληλουχία καθορίζει περαιτέρω τις ειδικές βιολογικές ιδιότητες των πρωτεϊνών, αφού είναι οι κύριες δομικά στοιχείακύτταρα, καταλύτες και ρυθμιστές διαφόρων διεργασιών που συμβαίνουν στα κύτταρα. Υδατάνθρακες και λιπίδια είναι τις πιο σημαντικές πηγέςενέργειας, ενώ τα στεροειδή με τη μορφή στεροειδών ορμονών είναι σημαντικά για τη ρύθμιση μιας σειράς μεταβολικών διεργασιών.

Η ειδικότητα των βιολογικών μακρομορίων καθορίζεται επίσης από το γεγονός ότι οι διαδικασίες βιοσύνθεσης πραγματοποιούνται ως αποτέλεσμα των ίδιων μεταβολικών σταδίων. Επιπλέον, η βιοσύνθεση νουκλεϊκών οξέων, αμινοξέων και πρωτεϊνών προχωρά με παρόμοιο πρότυπο σε όλους τους οργανισμούς, ανεξάρτητα από το είδος τους. Η οξείδωση είναι επίσης καθολική λιπαρά οξέα, γλυκόλυση και άλλες αντιδράσεις. Για παράδειγμα, η γλυκόλυση συμβαίνει σε κάθε ζωντανό κύτταρο όλων των ευκαρυωτικών οργανισμών και πραγματοποιείται ως αποτέλεσμα 10 διαδοχικών ενζυματικών αντιδράσεων, καθεμία από τις οποίες καταλύεται από ένα συγκεκριμένο ένζυμο. Όλοι οι αερόβιοι ευκαρυωτικοί οργανισμοί έχουν μοριακές «μηχανές» στα μιτοχόνδριά τους όπου συμβαίνει ο κύκλος του Krebs και άλλες αντιδράσεις απελευθέρωσης ενέργειας. Επί μοριακό επίπεδοσυμβαίνουν πολλές μεταλλάξεις. Αυτές οι μεταλλάξεις αλλάζουν την αλληλουχία των αζωτούχων βάσεων στα μόρια του DNA.

Σε μοριακό επίπεδο, η ενέργεια ακτινοβολίας είναι σταθερή και αυτή η ενέργεια μετατρέπεται σε χημική ενέργεια, αποθηκεύεται στα κύτταρα σε υδατάνθρακες και άλλες χημικές ενώσεις, και η χημική ενέργεια των υδατανθράκων και άλλων μορίων σε βιολογικά διαθέσιμη ενέργεια, που αποθηκεύεται με τη μορφή μακροενεργειακών δεσμών ATP. Τέλος, σε αυτό το επίπεδο, η ενέργεια των φωσφορικών δεσμών υψηλής ενέργειας μετατρέπεται σε εργασία - μηχανική, ηλεκτρική, χημική, ωσμωτική, οι μηχανισμοί όλων των μεταβολικών και ενεργειακών διεργασιών είναι καθολικοί.

Τα βιολογικά μόρια διασφαλίζουν επίσης τη συνέχεια μεταξύ του μοριακού και του επόμενου επιπέδου (κυτταρικό), αφού είναι το υλικό από το οποίο σχηματίζονται οι υπερμοριακές δομές. Το μοριακό επίπεδο είναι η «αρένα» χημικές αντιδράσεις, που παρέχουν ενέργεια στο κυτταρικό επίπεδο.

Κυτταρικό επίπεδο. Αυτό το επίπεδο οργάνωσης των ζωντανών όντων αντιπροσωπεύεται από κύτταρα που δρουν ως ανεξάρτητοι οργανισμοί (βακτήρια, πρωτόζωα και άλλα), καθώς και κύτταρα πολυκύτταρων οργανισμών. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό αυτού του επιπέδου είναι ότι η ζωή ξεκινά με αυτό. Όντας ικανά για ζωή, ανάπτυξη και αναπαραγωγή, τα κύτταρα είναι η βασική μορφή οργάνωσης της ζωντανής ύλης, οι στοιχειώδεις μονάδες από τις οποίες δομούνται όλα τα έμβια όντα (προκαρυώτες και ευκαρυώτες). Δεν υπάρχουν θεμελιώδεις διαφορές στη δομή και τη λειτουργία μεταξύ των φυτικών και ζωικών κυττάρων. Ορισμένες διαφορές αφορούν μόνο τη δομή των μεμβρανών τους και τα μεμονωμένα οργανίδια. Υπάρχουν αξιοσημείωτες διαφορές στη δομή μεταξύ των προκαρυωτικών κυττάρων και των κυττάρων των ευκαρυωτικών οργανισμών, αλλά από λειτουργική άποψη αυτές οι διαφορές εξομαλύνονται, επειδή ο κανόνας «κύτταρο από κύτταρο» ισχύει παντού. Οι υπερμοριακές δομές σε αυτό το επίπεδο σχηματίζουν μεμβρανικά συστήματα και οργανίδια κυττάρων (πυρήνες, μιτοχόνδρια κ.λπ.).

Η ιδιαιτερότητα του κυτταρικού επιπέδου καθορίζεται από την εξειδίκευση των κυττάρων, την ύπαρξη κυττάρων ως εξειδικευμένων μονάδων ενός πολυκύτταρου οργανισμού. Σε κυτταρικό επίπεδο, υπάρχει μια διαφοροποίηση και διάταξη των ζωτικών διεργασιών στο χώρο και στο χρόνο, η οποία σχετίζεται με την ανάθεση λειτουργιών σε διαφορετικές υποκυτταρικές δομές. Για παράδειγμα, τα ευκαρυωτικά κύτταρα έχουν σημαντικά ανεπτυγμένα συστήματα μεμβράνης (μεμβράνη πλάσματος, κυτταροπλασματικό δίκτυο, σύμπλεγμα ελασμάτων) και κυτταρικά οργανίδια (πυρήνας, χρωμοσώματα, κεντρόλια, μιτοχόνδρια, πλαστίδια, λυσοσώματα, ριβοσώματα).

Οι μεμβρανικές δομές είναι η «αρένα» των πιο σημαντικών διαδικασιών ζωής και η δομή δύο στρωμάτων σύστημα μεμβράνηςαυξάνει σημαντικά την περιοχή της "αρένας". Επιπλέον, οι μεμβρανικές δομές παρέχουν διαχωρισμό των κυττάρων από το περιβάλλον, καθώς και χωρικό διαχωρισμό πολλών βιολογικών μορίων στα κύτταρα. Η κυτταρική μεμβράνη έχει υψηλή εκλεκτική διαπερατότητα. Επομένως, η φυσική τους κατάσταση επιτρέπει τη συνεχή διάχυτη κίνηση ορισμένων από τα μόρια πρωτεΐνης και φωσφολιπιδίου που περιέχουν. Εκτός από μεμβράνες γενικού σκοπούΤα κύτταρα έχουν εσωτερικές μεμβράνες που περιορίζουν τα κυτταρικά οργανίδια.

Ρυθμίζοντας την ανταλλαγή μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντος, οι μεμβράνες έχουν υποδοχείς που αντιλαμβάνονται τα εξωτερικά ερεθίσματα. Συγκεκριμένα, παραδείγματα αντίληψης εξωτερικών ερεθισμάτων είναι η αντίληψη του φωτός, η κίνηση των βακτηρίων προς μια πηγή τροφής και η απόκριση των κυττάρων-στόχων σε ορμόνες όπως η ινσουλίνη. Μερικές από τις ίδιες τις μεμβράνες παράγουν ταυτόχρονα σήματα (χημικά και ηλεκτρικά) "Ένα αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό των μεμβρανών είναι ότι λαμβάνει χώρα μετατροπή ενέργειας σε αυτές. Ειδικότερα, η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα στις εσωτερικές μεμβράνες των χλωροπλαστών, ενώ η οξειδωτική φωσφορυλίωση συμβαίνει στις εσωτερικές μεμβράνες των μιτοχονδρίων). .

Τα εξαρτήματα της μεμβράνης βρίσκονται σε κίνηση. Κατασκευασμένες κυρίως από πρωτεΐνες και λιπίδια, οι μεμβράνες χαρακτηρίζονται από διάφορες ανακατατάξεις, οι οποίες καθορίζουν την ευερεθιστότητα των κυττάρων - την πιο σημαντική ιδιότητα των ζωντανών όντων.

Επίπεδο ιστούαντιπροσωπεύεται από ιστούς που ενώνουν κύτταρα ορισμένης δομής, μεγέθους, θέσης και παρόμοιων λειτουργιών. Οι ιστοί προέκυψαν κατά τη διάρκεια ιστορική εξέλιξημαζί με την πολυκυτταρικότητα. Στους πολυκύτταρους οργανισμούς, σχηματίζονται κατά την οντογένεση ως συνέπεια της διαφοροποίησης των κυττάρων. Στα ζώα, υπάρχουν διάφοροι τύποι ιστού (επιθηλιακός, συνδετικός, μυϊκός, νευρικός, καθώς και αίμα και λέμφος). Στα φυτά υπάρχουν μεριστικοί, προστατευτικοί, βασικοί και αγώγιμοι ιστοί. Σε αυτό το επίπεδο, λαμβάνει χώρα εξειδίκευση των κυττάρων.

Επίπεδο οργάνου. Αντιπροσωπεύεται από όργανα οργανισμών. Στα πρωτόζωα, η πέψη, η αναπνοή, η κυκλοφορία ουσιών, η απέκκριση, η κίνηση και η αναπαραγωγή πραγματοποιούνται σε βάρος διαφόρων οργανιδίων. Οι πιο προηγμένοι οργανισμοί έχουν συστήματα οργάνων. Στα φυτά και τα ζώα, τα όργανα σχηματίζονται από διαφορετικές ποσότητες ιστού. Τα σπονδυλωτά χαρακτηρίζονται από κεφαλοποίηση, η οποία προστατεύεται με τη συγκέντρωση των πιο σημαντικών κέντρων και αισθητηρίων οργάνων στο κεφάλι.

Οργανικό επίπεδο. Αυτό το επίπεδο αντιπροσωπεύεται από τους ίδιους τους οργανισμούς - μονοκύτταρους και πολυκύτταρους οργανισμούς φυτικής και ζωικής φύσης. Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του επιπέδου του οργανισμού είναι ότι σε αυτό το επίπεδο η αποκωδικοποίηση και εφαρμογή γενετικών πληροφοριών, η δημιουργία δομικών και λειτουργικά χαρακτηριστικάεγγενείς σε οργανισμούς αυτού του είδους. Οι οργανισμοί είναι μοναδικοί στη φύση τους επειδή το γενετικό τους υλικό είναι μοναδικό, καθορίζοντας την ανάπτυξη, τις λειτουργίες και τη σχέση τους με το περιβάλλον.

Επίπεδο πληθυσμού. Τα φυτά και τα ζώα δεν υπάρχουν μεμονωμένα. συνδυάζονται σε πληθυσμούς. Δημιουργώντας ένα υπεροργανιστικό σύστημα, οι πληθυσμοί χαρακτηρίζονται από μια συγκεκριμένη γονιδιακή δεξαμενή και ένα συγκεκριμένο βιότοπο. Οι στοιχειώδεις εξελικτικοί μετασχηματισμοί αρχίζουν στους πληθυσμούς και αναπτύσσεται μια προσαρμοστική μορφή.

Επίπεδο είδους.Αυτό το επίπεδο καθορίζεται από τα είδη των φυτών, των ζώων και των μικροοργανισμών που υπάρχουν στη φύση ως ζωντανές μονάδες. Η πληθυσμιακή σύνθεση των ειδών είναι εξαιρετικά διαφορετική. Ένα είδος μπορεί να περιέχει από μία έως πολλές χιλιάδες πληθυσμούς, εκπρόσωποι των οποίων χαρακτηρίζονται από πολύ διαφορετικούς οικοτόπους και καταλαμβάνουν διαφορετικές οικολογικές θέσεις. Τα είδη είναι αποτέλεσμα της εξέλιξης και χαρακτηρίζονται από κύκλο εργασιών. Τώρα υπάρχοντα είδηδεν είναι παρόμοια με είδη που υπήρχαν στο παρελθόν. Το είδος είναι επίσης μονάδα ταξινόμησης των έμβιων όντων.

Βιοκαινοτικό επίπεδο.Αντιπροσωπεύεται από βιοκαινώσεις - κοινότητες οργανισμών διαφορετικών ειδών. Σε τέτοιες κοινότητες, οργανισμοί διαφορετικών ειδών εξαρτώνται ο ένας από τον άλλο σε έναν ή τον άλλο βαθμό. Στην πορεία της ιστορικής εξέλιξης, έχουν προκύψει βιογεωκενόζες (οικοσυστήματα), τα οποία είναι συστήματα που αποτελούνται από αλληλοεξαρτώμενες κοινότητες οργανισμών και αβιοτικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες. Τα οικοσυστήματα χαρακτηρίζονται από μια δυναμική (κινητή) ισορροπία μεταξύ των οργανισμών και αβιοτικοί παράγοντες. Σε αυτό το επίπεδο λαμβάνουν χώρα κύκλοι υλικών και ενέργειας που σχετίζονται με τη ζωτική δραστηριότητα των οργανισμών.

Βιόσφαιρα (παγκόσμιο) επίπεδο.Αυτό το επίπεδο είναι η υψηλότερη μορφή οργάνωσης των ζωντανών όντων (ζωντανά συστήματα). Αντιπροσωπεύεται από τη βιόσφαιρα. Σε αυτό το επίπεδο, όλοι οι κύκλοι υλικών και ενέργειας ενώνονται σε μια ενιαία γιγάντια βιόσφαιρα κυκλοφορία ουσιών και ενέργειας.

Υπάρχει μια διαλεκτική ενότητα μεταξύ των διαφορετικών επιπέδων οργάνωσης των ζωντανών όντων οργανώνονται σύμφωνα με τον τύπο της συστημικής οργάνωσης, η βάση της οποίας είναι η ιεραρχία των συστημάτων. Η μετάβαση από το ένα επίπεδο στο άλλο συνδέεται με τη διατήρηση λειτουργικών μηχανισμών που λειτουργούν σε προηγούμενα επίπεδα και συνοδεύεται από την εμφάνιση δομής και λειτουργιών νέων τύπων, καθώς και αλληλεπιδράσεις που χαρακτηρίζονται από νέα χαρακτηριστικά, δηλαδή συνδέεται με την εμφάνιση μιας νέας ποιότητας.

Θέματα προς συζήτηση

1. Ποια είναι η καθολική μεθοδολογική προσέγγιση για την κατανόηση της ουσίας της ζωής; Πότε προέκυψε και σε σχέση με τι;

2. Είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η ουσία της ζωής; Εάν ναι, ποιος είναι αυτός ο ορισμός και ποια είναι η επιστημονική του βάση;

3. Είναι δυνατόν να τεθεί το ερώτημα του υποστρώματος της ζωής;

4. Ονομάστε τις ιδιότητες των ζωντανών όντων. Υποδείξτε ποιες από αυτές τις ιδιότητες είναι χαρακτηριστικές των μη ζωντανών και ποιες μόνο των ζωντανών.

5. Ποια είναι η σημασία για τη βιολογία της διαίρεσης των ζωντανών όντων σε επίπεδα οργάνωσης; Έχει πρακτική σημασία μια τέτοια διαίρεση;

6. Ποια είναι τα κοινά χαρακτηριστικά που χαρακτηρίζουν διαφορετικά επίπεδαζωντανές οργανώσεις;

7. Γιατί οι νουκλεοπρωτεΐνες θεωρούνται το υπόστρωμα της ζωής και υπό ποιες συνθήκες επιτελούν αυτόν τον ρόλο;

Βιβλιογραφία

Vernaya D. Η εμφάνιση της ζωής M.: Mir. 1969. 391 σελ.

Oparin A.V. Ύλη, ζωή, νοημοσύνη. Μ.: Επιστήμη. 1977. 204 σελίδες

Pekhov A.P. Βιολογία και επιστημονική και τεχνική πρόοδος. Μ.: Γνώση. 1984. 64 σελ.

Karcher S. J. Molecular Biology. Ακαδ. Τύπος. 1995. 273 σελ.

Murphy M. P., O'Neill L. A. (Επιμέλεια) What is The Next Fifty Years 1995. 203 pp.

Βασικές ιδιότητες των ζωντανών οργανισμών.Τα ερωτήματα σχετικά με την προέλευση της ζωής και τα πρότυπα ιστορικής εξέλιξης σε διάφορες γεωλογικές εποχές ενδιέφεραν ανέκαθεν την ανθρωπότητα. Η έννοια της ζωής καλύπτει το σύνολο όλων των ζωντανών οργανισμών στη Γη και τις συνθήκες ύπαρξής τους.
Η ουσία της ζωής είναι ότι οι ζωντανοί οργανισμοί αφήνουν πίσω τους απογόνους. Οι κληρονομικές πληροφορίες μεταβιβάζονται από γενιά σε γενιά, οι οργανισμοί αυτορυθμίζονται και ανακάμπτουν κατά την αναπαραγωγή των απογόνων. Η ζωή είναι μια ειδική, υψηλής ποιότητας, ύψιστης μορφής ύλη, ικανή να αυτοαναπαράγεται, αφήνοντας απογόνους.
Η έννοια της ζωής σε διαφορετικά ιστορικές περιόδουςΈχουν δοθεί διάφοροι ορισμοί. Ο πρώτος επιστημονικά σωστός ορισμός δόθηκε από τον F. Engels: «Η ζωή είναι ένας τρόπος ύπαρξης πρωτεϊνικών σωμάτων και αυτός ο τρόπος ύπαρξης συνίσταται ουσιαστικά στη συνεχή αυτοανανέωση των χημικών συστατικάαυτά τα σώματα." Όταν η μεταβολική διαδικασία μεταξύ των ζωντανών οργανισμών και του περιβάλλοντος παύει, οι πρωτεΐνες αποσυντίθενται και η ζωή εξαφανίζεται. σύγχρονα επιτεύγματαΗ βιολογική επιστήμη, ο Ρώσος επιστήμονας M.V Volkenshtein έδωσε έναν νέο ορισμό για την έννοια της ζωής: «Τα ζωντανά σώματα που υπάρχουν στη Γη είναι ανοιχτά, αυτορυθμιζόμενα και αυτοαναπαραγόμενα συστήματα κατασκευασμένα από βιοπολυμερή - πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα». Αυτός ο ορισμός δεν αρνείται την παρουσία ζωής σε άλλους πλανήτες στο διάστημα. Η ζωή ονομάζεται ανοιχτό σύστημα, το οποίο υποδηλώνεται από τη συνεχή διαδικασία ανταλλαγής ουσιών και ενέργειας με το περιβάλλον.
Με βάση τα πιο πρόσφατα επιστημονικά επιτεύγματαΗ σύγχρονη βιολογική επιστήμη έχει δώσει τον ακόλουθο ορισμό της ζωής: «Η ζωή είναι ένα ανοιχτό, αυτορυθμιζόμενο και αυτοαναπαραγόμενο σύστημα συσσωματωμάτων ζωντανών οργανισμών, κατασκευασμένο από πολύπλοκα βιολογικά πολυμερή - πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα».
Τα νουκλεϊκά οξέα και οι πρωτεΐνες θεωρούνται η βάση όλων των ζωντανών οργανισμών, αφού λειτουργούν στο κύτταρο και σχηματίζουν σύνθετες ενώσεις που αποτελούν μέρος της δομής όλων των ζωντανών οργανισμών.
,

Βασικές ιδιότητες των ζωντανών οργανισμών

Οι ζωντανοί οργανισμοί διαφέρουν από την άψυχη φύση λόγω των εγγενών τους ιδιοτήτων. Οι χαρακτηριστικές ιδιότητες των ζωντανών οργανισμών περιλαμβάνουν: ενότητα χημική σύνθεση, μεταβολισμός και ενέργεια, ομοιότητα επιπέδων οργάνωσης. Οι ζωντανοί οργανισμοί χαρακτηρίζονται επίσης από αναπαραγωγή, κληρονομικότητα, μεταβλητότητα, ανάπτυξη και ανάπτυξη, ευερεθιστότητα, διακριτικότητα, αυτορρύθμιση, ρυθμό κ.λπ.

Επίπεδα οργάνωσης ζωής

Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί στη φύση αποτελούνται από τα ίδια επίπεδα οργάνωσης, αυτό είναι ένα χαρακτηριστικό βιολογικό πρότυπο κοινό για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς. Διακρίνονται τα ακόλουθα επίπεδα οργάνωσης των ζώντων οργανισμών: μοριακό, κυτταρικό, ιστό, όργανο, οργανισμός, πληθυσμός-είδος, βιογεωκαινωτική, βιόσφαιρα.
1. Μοριακό γενετικό επίπεδο.Αυτό είναι το πιο στοιχειώδες επίπεδο χαρακτηριστικό της ζωής. Ανεξάρτητα από το πόσο περίπλοκη ή απλή είναι η δομή οποιουδήποτε ζωντανού οργανισμού, όλοι αποτελούνται από τις ίδιες μοριακές ενώσεις. Ένα παράδειγμα αυτού είναι τα νουκλεϊκά οξέα, οι πρωτεΐνες, οι υδατάνθρακες και άλλα πολύπλοκα μοριακά σύμπλοκα οργανικών και ανόργανες ουσίες. Μερικές φορές ονομάζονται βιολογικές μακρομοριακές ουσίες. Εμφανίζεται σε μοριακό επίπεδο διάφορες διαδικασίεςζωτικές λειτουργίες των ζωντανών οργανισμών: μεταβολισμός, μετατροπή ενέργειας. Με τη βοήθεια του μοριακού επιπέδου, πραγματοποιείται η μεταφορά κληρονομικών πληροφοριών, σχηματίζονται μεμονωμένα οργανίδια και συμβαίνουν άλλες διεργασίες.
2. Κυτταρικό επίπεδο.Το κύτταρο είναι η δομική και λειτουργική μονάδα όλων των ζωντανών οργανισμών στη Γη. Τα μεμονωμένα οργανίδια μέσα σε ένα κύτταρο έχουν μια χαρακτηριστική δομή και εκτελούν μια συγκεκριμένη λειτουργία. Οι λειτουργίες των μεμονωμένων οργανιδίων σε ένα κύτταρο είναι αλληλένδετες και εκτελούν κοινές ζωτικές διεργασίες. Στους μονοκύτταρους οργανισμούς (μονοκύτταρα φύκια και πρωτόζωα), όλες οι διαδικασίες της ζωής λαμβάνουν χώρα σε ένα κύτταρο και ένα κύτταρο υπάρχει ως ξεχωριστός οργανισμός. Θυμηθείτε τα μονοκύτταρα φύκια, τη χλαμυδομόνα, τη χλωρέλλα και τα πιο απλά ζώα - αμοιβάδα, βλεφαρίδες κ.λπ. Στους πολυκύτταρους οργανισμούς, ένα κύτταρο δεν μπορεί να υπάρξει ως ξεχωριστός οργανισμός, αλλά είναι μια στοιχειώδης δομική μονάδα του οργανισμού.

Επίπεδο ιστού

Μια συλλογή κυττάρων και μεσοκυτταρικών ουσιών παρόμοιας προέλευσης, δομής και λειτουργίας σχηματίζει ιστό. Το επίπεδο των ιστών είναι χαρακτηριστικό μόνο των πολυκύτταρων οργανισμών. Επίσης, οι μεμονωμένοι ιστοί δεν αποτελούν ανεξάρτητο αναπόσπαστο οργανισμό. Για παράδειγμα, τα σώματα των ζώων και των ανθρώπων αποτελούνται από τέσσερις διαφορετικούς ιστούς (επιθηλιακό, συνδετικό, μυϊκό, νευρικό). Οι φυτικοί ιστοί ονομάζονται: εκπαιδευτικοί, ενσωματωμένοι, υποστηρικτικοί, αγώγιμοι και απεκκριτικοί. Θυμηθείτε τη δομή και τις λειτουργίες μεμονωμένων ιστών.

Επίπεδο οργάνου

Στους πολυκύτταρους οργανισμούς, ο συνδυασμός πολλών πανομοιότυπων ιστών, παρόμοιων σε δομή, προέλευση και λειτουργία, σχηματίζει το επίπεδο οργάνου. Κάθε όργανο περιέχει αρκετούς ιστούς, αλλά μεταξύ αυτών ένας είναι ο πιο σημαντικός. Ένα ξεχωριστό όργανο δεν μπορεί να υπάρχει ως ολόκληρος οργανισμός. Πολλά όργανα, παρόμοια σε δομή και λειτουργία, συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα σύστημα οργάνων, για παράδειγμα, πέψη, αναπνοή, κυκλοφορία του αίματος κ.λπ.

Οργανικό επίπεδο

Τα φυτά (Chlamydomonas, Chlorella) και τα ζώα (αμοιβάδα, βλεφαρίδες κ.λπ.), των οποίων τα σώματα αποτελούνται από ένα κύτταρο, αντιπροσωπεύουν έναν ανεξάρτητο οργανισμό) Και ένα μεμονωμένο άτομο πολυκύτταρων οργανισμών θεωρείται ως ξεχωριστός οργανισμός. Σε κάθε μεμονωμένο οργανισμό, συμβαίνουν όλες οι διαδικασίες ζωής που είναι χαρακτηριστικές για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς - διατροφή, αναπνοή, μεταβολισμός, ευερεθιστότητα, αναπαραγωγή κ.λπ. Κάθε ανεξάρτητος οργανισμός αφήνει πίσω του απογόνους. Στους πολυκύτταρους οργανισμούς, τα κύτταρα, οι ιστοί, τα όργανα και τα συστήματα οργάνων δεν είναι ξεχωριστός οργανισμός. Μόνο ένα ενιαίο σύστημα οργάνων που εκτελούν συγκεκριμένα διάφορες λειτουργίες σχηματίζει έναν ξεχωριστό ανεξάρτητο οργανισμό. Η ανάπτυξη ενός οργανισμού, από τη γονιμοποίηση έως το τέλος της ζωής του, διαρκεί ένα ορισμένο χρονικό διάστημα. Αυτή η ατομική ανάπτυξη κάθε οργανισμού ονομάζεται οντογένεση. Ένας οργανισμός μπορεί να υπάρχει σε στενή σχέση με το περιβάλλον του.

Επίπεδο πληθυσμού-ειδών

Μια συλλογή ατόμων ενός είδους ή μιας ομάδας που υπάρχει για μεγάλο χρονικό διάστημα σε ένα συγκεκριμένο τμήμα της περιοχής, σχετικά χωριστά από άλλους πληθυσμούς του ίδιου είδους, αποτελεί πληθυσμό. Σε επίπεδο πληθυσμού πραγματοποιούνται απλοί εξελικτικοί μετασχηματισμοί, οι οποίοι συμβάλλουν στη σταδιακή εμφάνιση ενός νέου είδους.

Βιογεωκαινοτικό επίπεδο

Ένα σύνολο οργανισμών διαφορετικών ειδών και ποικίλης πολυπλοκότητας οργάνωσης, προσαρμοσμένων στις ίδιες συνθήκες φυσικό περιβάλλον, ονομάζεται βιογεωκένωση, ή φυσική κοινότητα. Η βιογεωκένωση περιλαμβάνει πολυάριθμα είδη ζωντανών οργανισμών και φυσικές περιβαλλοντικές συνθήκες. Στις φυσικές βιογεωκαινώσεις, η ενέργεια συσσωρεύεται και μεταφέρεται από τον έναν οργανισμό στον άλλο. Η βιογεωκένωση περιλαμβάνει ανόργανες, οργανικές ενώσεις και ζωντανούς οργανισμούς.

Επίπεδο βιόσφαιρας

Το σύνολο όλων των ζωντανών οργανισμών στον πλανήτη μας και ο κοινός φυσικός βιότοπός τους αποτελεί το επίπεδο της βιόσφαιρας. Στο επίπεδο της βιόσφαιρας, η σύγχρονη βιολογία αποφασίζει παγκόσμια προβλήματα, για παράδειγμα, ο προσδιορισμός της έντασης του σχηματισμού ελεύθερου οξυγόνου από τη βλάστηση της Γης ή των αλλαγών στη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα που σχετίζονται με την ανθρώπινη δραστηριότητα. Ο κύριος ρόλος στο επίπεδο της βιόσφαιρας διαδραματίζεται από τις «ζωντανές ουσίες», δηλαδή το σύνολο των ζωντανών οργανισμών που κατοικούν στη Γη. Επίσης στο επίπεδο της βιόσφαιρας, οι «βιο-αδρανείς ουσίες» είναι σημαντικές, που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της ζωτικής δραστηριότητας των ζωντανών οργανισμών και των «αδρανών» ουσιών (δηλαδή, περιβαλλοντικές συνθήκες. Σε επίπεδο βιόσφαιρας, η κυκλοφορία των ουσιών και της ενέργειας συμβαίνει στο Γη με τη συμμετοχή όλων των ζωντανών οργανισμών της βιόσφαιρας.

Επίπεδα οργάνωσης ζωής

Επίπεδα οργάνωσης οργανικός κόσμος- διακριτές καταστάσεις βιολογικών συστημάτων, που χαρακτηρίζονται από υποταγή, διασύνδεση και συγκεκριμένα πρότυπα.

Τα δομικά επίπεδα της οργάνωσης της ζωής είναι εξαιρετικά ποικίλα, αλλά τα κυριότερα είναι μοριακά, κυτταρικά, οντογενετικά, πληθυσμιακά είδη, βιοκηνογονικά και βιόσφαιρα.

1. Μοριακό γενετικό επίπεδο ΖΩΗ. Τα πιο σημαντικά καθήκοντα της βιολογίας σε αυτό το στάδιο είναι η μελέτη των μηχανισμών μετάδοσης της γενετικής πληροφορίας, της κληρονομικότητας και της μεταβλητότητας.

Υπάρχουν διάφοροι μηχανισμοί μεταβλητότητας σε μοριακό επίπεδο. Το πιο σημαντικό από αυτά είναι ο μηχανισμός της γονιδιακής μετάλλαξης - ο άμεσος μετασχηματισμός των ίδιων των γονιδίων υπό την επίδραση εξωτερικοί παράγοντες. Παράγοντες που προκαλούν μετάλλαξη είναι: ακτινοβολία, τοξικές χημικές ενώσεις, ιοί.

Ένας άλλος μηχανισμός μεταβλητότητας είναι ο ανασυνδυασμός γονιδίων. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή σε ανώτερους οργανισμούς. Σε αυτή την περίπτωση, δεν υπάρχει καμία αλλαγή στη συνολική ποσότητα των γενετικών πληροφοριών.

Ένας άλλος μηχανισμός μεταβλητότητας ανακαλύφθηκε μόλις τη δεκαετία του 1950. Πρόκειται για έναν μη κλασικό ανασυνδυασμό γονιδίων, στον οποίο παρατηρείται γενική αύξηση του όγκου των γενετικών πληροφοριών λόγω της συμπερίληψης νέων γενετικών στοιχείων στο γονιδίωμα του κυττάρου. Τις περισσότερες φορές, αυτά τα στοιχεία εισάγονται στο κύτταρο από ιούς.

2. Κυτταρικό επίπεδο. Σήμερα, η επιστήμη έχει αποδείξει αξιόπιστα ότι η μικρότερη ανεξάρτητη μονάδα δομής, λειτουργίας και ανάπτυξης ενός ζωντανού οργανισμού είναι το κύτταρο, το οποίο είναι ένα στοιχειώδες βιολογικό σύστημα ικανό για αυτοανανέωση, αυτοαναπαραγωγή και ανάπτυξη. Η κυτταρολογία είναι μια επιστήμη που μελετά ένα ζωντανό κύτταρο, τη δομή του, λειτουργεί ως στοιχειώδες ζωντανό σύστημα, μελετά τις λειτουργίες μεμονωμένων κυτταρικών συστατικών, τη διαδικασία αναπαραγωγής των κυττάρων, την προσαρμογή στις περιβαλλοντικές συνθήκες κ.λπ. ο σχηματισμός των ειδικών λειτουργιών τους και η ανάπτυξη συγκεκριμένων κυτταρικών δομών . Έτσι, η σύγχρονη κυτταρολογία ονομάστηκε κυτταρική φυσιολογία.

Σημαντική πρόοδος στη μελέτη των κυττάρων σημειώθηκε στις αρχές του 19ου αιώνα, με την ανακάλυψη και περιγραφή του κυτταρικού πυρήνα. Με βάση αυτές τις μελέτες δημιουργήθηκε η κυτταρική θεωρία, η οποία έγινε μεγαλύτερο γεγονόςστη βιολογία του 19ου αιώνα. Ήταν αυτή η θεωρία που χρησίμευσε ως το θεμέλιο για την ανάπτυξη της εμβρυολογίας, της φυσιολογίας και της θεωρίας της εξέλιξης.

Το πιο σημαντικό μέρος όλων των κυττάρων είναι ο πυρήνας, ο οποίος αποθηκεύει και αναπαράγει γενετικές πληροφορίες και ρυθμίζει τις μεταβολικές διεργασίες στο κύτταρο.

Όλα τα κύτταρα χωρίζονται σε δύο ομάδες:

Τα προκαρυωτικά είναι κύτταρα χωρίς πυρήνα

Ευκαρυώτες - κύτταρα που περιέχουν πυρήνες

Μελετώντας ένα ζωντανό κύτταρο, οι επιστήμονες επέστησαν την προσοχή στην ύπαρξη δύο κύριων τύπων διατροφής του, που κατέστησαν δυνατή τη διαίρεση όλων των οργανισμών σε δύο τύπους:

Αυτότροφο - παράγει από μόνα τους τα θρεπτικά συστατικά που χρειάζονται

· Ετεροτροφικό - δεν μπορεί να κάνει χωρίς βιολογικά τρόφιμα.

Αργότερα, σημαντικοί παράγοντες όπως η ικανότητα των οργανισμών να συνθέτουν απαραίτητες ουσίες(βιταμίνες, ορμόνες), παροχή ενέργειας, εξάρτηση από το οικολογικό περιβάλλον κ.λπ. Έτσι, η πολύπλοκη και διαφοροποιημένη φύση των συνδέσεων υποδηλώνει την ανάγκη συστηματική προσέγγισηστη μελέτη της ζωής και σε οντογενετικό επίπεδο.

3. Οντογενετικό επίπεδο. Πολυκύτταροι οργανισμοί. Αυτό το επίπεδο προέκυψε ως αποτέλεσμα του σχηματισμού ζωντανών οργανισμών. Η βασική μονάδα της ζωής είναι το άτομο και το στοιχειώδες φαινόμενο η οντογένεση. Η φυσιολογία μελετά τη λειτουργία και την ανάπτυξη πολυκύτταρων ζωντανών οργανισμών. Αυτή η επιστήμη εξετάζει τους μηχανισμούς δράσης διάφορες λειτουργίεςένας ζωντανός οργανισμός, η μεταξύ τους σχέση, ρύθμιση και προσαρμογή στο εξωτερικό περιβάλλον, προέλευση και διαμόρφωση στη διαδικασία εξέλιξης και ατομικής ανάπτυξης του ατόμου. Στην ουσία, αυτή είναι η διαδικασία της οντογένεσης - η ανάπτυξη του οργανισμού από τη γέννηση έως το θάνατο. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται ανάπτυξη, κίνηση μεμονωμένων δομών, διαφοροποίηση και επιπλοκή του οργανισμού.

Όλοι οι πολυκύτταροι οργανισμοί αποτελούνται από όργανα και ιστούς. Οι ιστοί είναι μια ομάδα φυσικώς ενωμένων κυττάρων και μεσοκυττάριων ουσιών για την εκτέλεση συγκεκριμένων λειτουργιών. Η μελέτη τους είναι αντικείμενο ιστολογίας.

Τα όργανα είναι σχετικά μεγάλες λειτουργικές μονάδες που ενώνουν διάφορους ιστούς σε ορισμένα φυσιολογικά σύμπλοκα. Με τη σειρά τους, τα όργανα αποτελούν μέρος μεγαλύτερων μονάδων - συστημάτων σώματος. Μεταξύ αυτών είναι το νευρικό, το πεπτικό, το καρδιαγγειακό, το αναπνευστικό και άλλα συστήματα. Εσωτερικά όργαναΜόνο τα ζώα το έχουν.

4. Πληθυσμιακό-βιοκαινοτικό επίπεδο. Αυτό είναι ένα υπεροργανιστικό επίπεδο ζωής, βασική μονάδα του οποίου είναι ο πληθυσμός. Σε αντίθεση με έναν πληθυσμό, ένα είδος είναι μια συλλογή ατόμων που έχουν παρόμοια δομή και φυσιολογικές ιδιότητεςέχουν κοινή προέλευση, μπορούν ελεύθερα να διασταυρωθούν και να παράγουν γόνιμους απογόνους. Ένα είδος υπάρχει μόνο μέσω πληθυσμών που αντιπροσωπεύουν γενετικά ανοιχτά συστήματα. Η πληθυσμιακή βιολογία είναι η μελέτη των πληθυσμών.

Ο όρος «πληθυσμός» εισήχθη από έναν από τους ιδρυτές της γενετικής, τον V. Johansen, ο οποίος αποκαλούσε μια γενετικά ετερογενή συλλογή οργανισμών. Αργότερα, ο πληθυσμός άρχισε να θεωρείται ένα αναπόσπαστο σύστημα που αλληλεπιδρά συνεχώς με το περιβάλλον. Οι πληθυσμοί είναι τα πραγματικά συστήματα μέσω των οποίων υπάρχουν είδη ζωντανών οργανισμών.

Οι πληθυσμοί είναι γενετικά ανοιχτά συστήματα, αφού η απομόνωση των πληθυσμών δεν είναι απόλυτη και η ανταλλαγή γενετικών πληροφοριών δεν είναι περιοδικά δυνατή. Είναι πληθυσμοί που δρουν ως στοιχειώδεις μονάδεςεξέλιξη, αλλαγές στη γονιδιακή δεξαμενή τους οδηγούν στην εμφάνιση νέων ειδών.

Πληθυσμοί ικανοί για ανεξάρτητη ύπαρξη και μετασχηματισμό ενώνονται στο σύνολο του επόμενου υπεροργανιστικού επιπέδου - των βιοκαινώσεων. Η βιοκένωση είναι ένα σύνολο πληθυσμών που ζουν σε μια συγκεκριμένη περιοχή.

Μια βιοκένωση είναι ένα σύστημα κλειστό σε ξένους πληθυσμούς για τους πληθυσμούς που το αποτελούν είναι ένα ανοιχτό σύστημα.

5. Βιογεωκετονικό επίπεδο. Η βιογεωκένωση είναι ένα σταθερό σύστημα που μπορεί να υπάρχει για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η ισορροπία σε ένα ζωντανό σύστημα είναι δυναμική, δηλ. αντιπροσωπεύει μια συνεχή κίνηση γύρω από ένα ορισμένο σημείο σταθερότητας. Για τη σταθερή λειτουργία του είναι απαραίτητο να υπάρχει ανατροφοδότησημεταξύ των υποσυστημάτων ελέγχου και εκτέλεσής του. Αυτός ο τρόπος διατήρησης μιας δυναμικής ισορροπίας μεταξύ διάφορα στοιχείαΗ βιογεωκένωση, που προκαλείται από τη μαζική αναπαραγωγή ορισμένων ειδών και τη μείωση ή την εξαφάνιση άλλων, που οδηγεί σε αλλαγή της ποιότητας του περιβάλλοντος, ονομάζεται περιβαλλοντική καταστροφή.

Το Biogeocenosis είναι ένα ολοκληρωμένο αυτορυθμιζόμενο σύστημα στο οποίο διακρίνονται αρκετοί τύποι υποσυστημάτων. Τα πρωτογενή συστήματα είναι παραγωγοί που επεξεργάζονται άμεσα τη μη ζωντανή ύλη. καταναλωτές - το δευτερεύον επίπεδο στο οποίο η ύλη και η ενέργεια λαμβάνονται μέσω της χρήσης των παραγωγών· μετά έρχονται οι καταναλωτές δεύτερης τάξης. Υπάρχουν επίσης οδοκαθαριστές και αποσυνθέτες.

Ο κύκλος των ουσιών διέρχεται από αυτά τα επίπεδα στη βιογεωκένωση: η ζωή συμμετέχει στη χρήση, την επεξεργασία και την αποκατάσταση διαφόρων δομών. Στη βιογεωκένωση υπάρχει μονοκατευθυντική ροή ενέργειας. Αυτό το καθιστά ένα ανοιχτό σύστημα, συνεχώς συνδεδεμένο με γειτονικές βιογεωκαινώσεις.

Η αυτορρύθμιση των βιογεωκεντρικών είναι πιο επιτυχημένη όσο πιο διαφοροποιημένος είναι ο αριθμός των συστατικών τους στοιχείων. Η σταθερότητα των βιογεωκαινώσεων εξαρτάται επίσης από την ποικιλομορφία των συστατικών τους. Η απώλεια ενός ή περισσότερων συστατικών μπορεί να οδηγήσει σε μια μη αναστρέψιμη ανισορροπία και τον θάνατό της ως αναπόσπαστο σύστημα.

6. Επίπεδο βιόσφαιρας. Αυτό υψηλότερο επίπεδοοργάνωση της ζωής, που καλύπτει όλα τα φαινόμενα ζωής στον πλανήτη μας. Η βιόσφαιρα είναι ζωντανή ύληπλανήτες και το περιβάλλον που μετασχηματίζεται από αυτό. Ο βιολογικός μεταβολισμός είναι ένας παράγοντας που ενώνει όλα τα άλλα επίπεδα οργάνωσης της ζωής σε μια βιόσφαιρα. Σε αυτό το επίπεδο, συμβαίνει η κυκλοφορία των ουσιών και ο μετασχηματισμός της ενέργειας, που συνδέονται με τη δραστηριότητα της ζωής όλων των ζωντανών οργανισμών που ζουν στη Γη. Έτσι, η βιόσφαιρα είναι ένα ενιαίο οικολογικό σύστημα. Η μελέτη της λειτουργίας αυτού του συστήματος, της δομής και των λειτουργιών του είναι το πιο σημαντικό καθήκον της βιολογίας σε αυτό το επίπεδο της ζωής. Η οικολογία, η βιοκαινολογία και η βιογεωχημεία μελετούν αυτά τα προβλήματα.

Η ανάπτυξη του δόγματος της βιόσφαιρας είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με το όνομα του εξαιρετικού Ρώσου επιστήμονα V.I. Βερνάντσκι. Ήταν αυτός που κατάφερε να αποδείξει τη σύνδεση μεταξύ του οργανικού κόσμου του πλανήτη μας, που ενεργεί ως ενιαίο αδιαίρετο σύνολο, και των γεωλογικών διεργασιών στη Γη. Ο Βερνάντσκι ανακάλυψε και μελέτησε τις βιογεωχημικές λειτουργίες της ζωντανής ύλης.

1) Ιδρυτής της οικολογίας θεωρείται Γερμανός βιολόγος Ε. Χέκελ(1834-1919), ο οποίος χρησιμοποίησε για πρώτη φορά τον όρο το 1866 "οικολογία".Έγραψε: «Με τον όρο οικολογία εννοούμε τη γενική επιστήμη της σχέσης μεταξύ ενός οργανισμού και του περιβάλλοντος, η οποία περιλαμβάνει όλες τις «συνθήκες ύπαρξης» με την ευρεία έννοια της λέξης. Είναι εν μέρει οργανικές και εν μέρει ανόργανες στη φύση τους».

Αυτή η επιστήμη ήταν αρχικά η βιολογία, η οποία μελετά πληθυσμούς ζώων και φυτών στο περιβάλλον τους.

Οικολογίαμελετά συστήματα σε επίπεδο πάνω από τον μεμονωμένο οργανισμό. Τα κύρια αντικείμενα της μελέτης του είναι:

πληθυσμός -μια ομάδα οργανισμών που ανήκουν στο ίδιο ή παρόμοιο είδος και καταλαμβάνουν ένα συγκεκριμένο έδαφος·

οικοσύστημα, συμπεριλαμβανομένης της βιοτικής κοινότητας (το σύνολο των πληθυσμών στην υπό εξέταση περιοχή) και βιότοπο;

βιόσφαιρα-περιοχή κατανομής της ζωής στη Γη.

Η αλληλεπίδραση του Ανθρώπου με τη Φύση έχει τις δικές της ιδιαιτερότητες. Ο άνθρωπος είναι προικισμένος με λογική, και αυτό του δίνει την ευκαιρία να συνειδητοποιήσει τη θέση του στη φύση και τον σκοπό του στη Γη. Από την αρχή της ανάπτυξης του πολιτισμού, ο Άνθρωπος σκέφτεται τον ρόλο του στη φύση. Όντας, φυσικά, μέρος της φύσης, ο άνθρωπος δημιούργησε έναν ιδιαίτερο βιότοπο,η οποία ονομάζεται ανθρώπινος πολιτισμός.Καθώς αναπτύχθηκε, ερχόταν όλο και περισσότερο σε σύγκρουση με τη φύση. Τώρα η ανθρωπότητα έχει ήδη συνειδητοποιήσει ότι η περαιτέρω εκμετάλλευση της φύσης μπορεί να απειλήσει την ίδια της την ύπαρξη. Στόχοι και στόχοι της σύγχρονης οικολογίας

Ένας από τους κύριους στόχους της σύγχρονης οικολογίας ως επιστήμης είναι η μελέτη των βασικών νόμων και η ανάπτυξη της θεωρίας της ορθολογικής αλληλεπίδρασης στο σύστημα «άνθρωπος – κοινωνία – φύση», θεωρώντας την ανθρώπινη κοινωνία ως αναπόσπαστο μέρος της βιόσφαιρας.

Ο κύριος στόχος της σύγχρονης οικολογίαςσε αυτό το στάδιο ανάπτυξης της ανθρώπινης κοινωνίας - να αφαιρέσουμε την Ανθρωπότητα από το παγκόσμιο οικολογική κρίσηστον δρόμο της βιώσιμης ανάπτυξης, όπου οι ζωτικές ανάγκες της σημερινής γενιάς θα καλυφθούν χωρίς να στερηθεί από τις μελλοντικές γενιές μια τέτοια ευκαιρία.

Για την επίτευξη αυτών των στόχων, η περιβαλλοντική επιστήμη θα πρέπει να λύσει μια σειρά από ποικίλες και σύνθετες εργασίες, συμπεριλαμβανομένου:

να αναπτύξουν θεωρίες και μεθόδους για την αξιολόγηση της βιωσιμότητας οικολογικά συστήματασε όλα τα επίπεδα·

να διερευνήσει τους μηχανισμούς ρύθμισης του αριθμού των πληθυσμών και της βιοποικιλότητας, τον ρόλο της χλωρίδας και πανίδας ως ρυθμιστή της σταθερότητας της βιόσφαιρας·

μελέτη και δημιουργία προβλέψεων αλλαγών στη βιόσφαιρα υπό την επίδραση φυσικών και ανθρωπογενών παραγόντων.

αξιολογεί τις καταστάσεις και τη δυναμική φυσικοί πόροιΚαι περιβαλλοντικές συνέπειεςτην κατανάλωσή τους?

ανάπτυξη μεθόδων για τη διαχείριση της ποιότητας του περιβάλλοντος·

να διαμορφώσει μια κατανόηση των προβλημάτων της βιόσφαιρας και της οικολογικής κουλτούρας της κοινωνίας.

Γύρω μας περιβάλλον διαβίωσηςδεν είναι ένας άτακτος και τυχαίος συνδυασμός ζωντανών όντων. Είναι ένα σταθερό και οργανωμένο σύστημα που αναπτύχθηκε στη διαδικασία εξέλιξης του οργανικού κόσμου. Οποιαδήποτε συστήματα μπορούν να μοντελοποιηθούν, π.χ. είναι δυνατό να προβλεφθεί πώς ένα συγκεκριμένο σύστημα θα αντιδράσει σε εξωτερικές επιρροές Η συστημική προσέγγιση είναι η βάση για τη μελέτη των περιβαλλοντικών προβλημάτων. Η θέση της οικολογίας στο σύστημα των φυσικών επιστημών. Η σύγχρονη οικολογία ανήκει στον τύπο των επιστημών που προέκυψαν στη διασταύρωση πολλών επιστημονικών κατευθύνσεων. Αντικατοπτρίζει τόσο τον παγκόσμιο χαρακτήρα των σύγχρονων προκλήσεων που αντιμετωπίζει η ανθρωπότητα όσο και τις διάφορες μορφές ενσωμάτωσης μεθόδων κατεύθυνσης και επιστημονικής έρευνας. Ο μετασχηματισμός της οικολογίας από έναν καθαρά βιολογικό κλάδο σε κλάδο της γνώσης, που περιλάμβανε επίσης κοινωνικές και τεχνικές επιστήμες, σε ένα πεδίο δραστηριότητας που βασίζεται στην επίλυση μιας σειράς πολύπλοκων πολιτικών, ιδεολογικών, οικονομικών, ηθικών και άλλων ζητημάτων, της έδωσε μια σημαντική θέση στη σύγχρονη ζωή, καθιστώντας την ένα είδος κόμβου που συγκεντρώνει διάφορους τομείς της επιστήμης και της ανθρώπινης πρακτικής. Η οικολογία, κατά τη γνώμη μου, γίνεται όλο και περισσότερο μια από τις επιστήμες του ανθρώπου και ενδιαφέρει πολλούς επιστημονικούς τομείς. Και παρόλο που αυτή η διαδικασία απέχει ακόμη πολύ από την ολοκλήρωσή της, οι κύριες τάσεις της είναι ήδη αρκετά ορατές στην εποχή μας.

2) Θέμα, καθήκοντα και μέθοδοι οικολογίας Οικολογία(Ελληνικά οίκος - κατοικία, κατοικία, λόγος - επιστήμη) - βιολογική επιστήμη σχετικά με τις σχέσεις μεταξύ των ζωντανών οργανισμών και του περιβάλλοντος τους.

Οικολογικά αντικείμεναείναι κυρίως συστήματα πάνω από το επίπεδο των οργανισμών, δηλαδή, η μελέτη της οργάνωσης και της λειτουργίας υπεροργανισμών συστημάτων: πληθυσμοί, βιοκενόζες (κοινότητες), βιογεωκενόζες (οικοσυστήματα) και η βιόσφαιρα ως σύνολο. Με άλλα λόγια, το κύριο αντικείμενο μελέτης στην οικολογία είναι τα οικοσυστήματα, δηλαδή ενοποιημένα φυσικά συμπλέγματα που σχηματίζονται από ζωντανούς οργανισμούς και το ενδιαίτημά τους.

Οικολογικά καθήκονταποικίλλουν ανάλογα με το επίπεδο οργάνωσης της ζωντανής ύλης που μελετάται. Οικολογία πληθυσμούδιερευνά πρότυπα δυναμικής και δομής πληθυσμού, καθώς και διαδικασίες αλληλεπίδρασης (ανταγωνισμός, θήραμα) μεταξύ πληθυσμών διαφορετικών ειδών. Σε εργασίες κοινοτική οικολογία (βιοκαινολογία)περιλαμβάνει τη μελέτη των προτύπων οργάνωσης των διαφόρων κοινοτήτων, ή βιοκαινόδων, τη δομή και τη λειτουργία τους (την κυκλοφορία των ουσιών και τον μετασχηματισμό της ενέργειας στις τροφικές αλυσίδες).

Το κύριο θεωρητικό και πρακτικό έργο της οικολογίας είναι να αποκαλύψει τα γενικά πρότυπα οργάνωσης της ζωής και, σε αυτή τη βάση, να αναπτύξει αρχές για την ορθολογική χρήση των φυσικών πόρων στις συνθήκες της συνεχώς αυξανόμενης επιρροής του ανθρώπου στη βιόσφαιρα.

Το φάσμα των περιβαλλοντικών προβλημάτων περιλαμβάνει επίσης ζητήματα περιβαλλοντικής εκπαίδευσης και διαφώτισης, ηθικά, ηθικά, φιλοσοφικά, ακόμη και νομικά ζητήματα. Κατά συνέπεια, η οικολογία γίνεται όχι μόνο βιολογική επιστήμη, αλλά και κοινωνική. Οικολογικές μέθοδοιχωρίζονται σε πεδίο(μελέτη της ζωής των οργανισμών και των κοινοτήτων τους σε φυσικές συνθήκες, δηλαδή μακροχρόνια παρατήρηση στη φύση με τη χρήση διαφόρων εξοπλισμών) και πειραματικός(πειράματα σε σταθερά εργαστήρια, όπου είναι δυνατό όχι μόνο να διαφοροποιηθεί, αλλά και να ελέγχεται αυστηρά η επίδραση οποιωνδήποτε παραγόντων σε ζωντανούς οργανισμούς σύμφωνα με ένα δεδομένο πρόγραμμα). Παράλληλα, οι οικολόγοι λειτουργούν όχι μόνο με βιολογικές, αλλά και με σύγχρονες φυσικοχημικές μεθόδους, χρησιμοποιώντας μοντελοποίηση βιολογικών φαινομένων,δηλαδή αναπαραγωγή σε τεχνητά οικοσυστήματα διαφόρων διεργασιών που συμβαίνουν στη ζωντανή φύση. Μέσω της μοντελοποίησης, είναι δυνατό να μελετηθεί η συμπεριφορά οποιουδήποτε συστήματος προκειμένου να εκτιμηθούν οι πιθανές συνέπειες της εφαρμογής διαφόρων στρατηγικών και μεθόδων διαχείρισης πόρων, δηλαδή για περιβαλλοντικές προβλέψεις. 3) Στην ιστορία της ανάπτυξης της οικολογίας ως επιστήμης, διακρίνονται τρία κύρια στάδια. Πρώτο στάδιο -την προέλευση και την ανάπτυξη της οικολογίας ως επιστήμης (μέχρι τη δεκαετία του 1960), όταν συγκεντρώθηκαν δεδομένα για τη σχέση των ζωντανών οργανισμών με τον βιότοπό τους, έγιναν οι πρώτες επιστημονικές γενικεύσεις. Την ίδια περίοδο, ο Γάλλος βιολόγος Λαμάρκ και ο Άγγλος ιερέας Μάλθους προειδοποίησαν για πρώτη φορά την ανθρωπότητα για τις πιθανές αρνητικές συνέπειες της ανθρώπινης επιρροής στη φύση.

Δεύτερη φάση -επισημοποίηση της οικολογίας σε έναν ανεξάρτητο κλάδο της γνώσης (μετά τη δεκαετία του 1960 έως τη δεκαετία του 1950). Η αρχή της σκηνής σηματοδοτήθηκε από τη δημοσίευση έργων Ρώσων επιστημόνων Ο Κ.Φ. Roulier, N.A. Σεβερτσέβα, V.V. Dokuchaev, ο οποίος πρώτος τεκμηρίωσε μια σειρά από αρχές και έννοιες της οικολογίας. Μετά την έρευνα του Charles Darwin στο πεδίο της εξέλιξης του οργανικού κόσμου, ο Γερμανός ζωολόγος E. Haeckel ήταν ο πρώτος που κατάλαβε ότι αυτό που ο Δαρβίνος ονόμασε «αγώνα για ύπαρξη» αντιπροσωπεύει ένα ανεξάρτητο πεδίο της βιολογίας. και το ονόμασε οικολογία(1866).

Η οικολογία τελικά διαμορφώθηκε ως ανεξάρτητη επιστήμη στις αρχές του 20ού αιώνα. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ο Αμερικανός επιστήμονας C. Adams δημιούργησε την πρώτη περίληψη για την οικολογία και δημοσιεύθηκαν άλλες σημαντικές γενικεύσεις. Ο μεγαλύτερος Ρώσος επιστήμονας του 20ου αιώνα. ΣΕ ΚΑΙ. Ο Βερνάντσκι δημιουργεί ένα θεμελιώδες δόγμα της βιόσφαιρας.

Στη δεκαετία 1930-1940, ο Άγγλος βοτανολόγος A. Tansley (1935) πρότεινε για πρώτη φορά έννοια του «οικοσυστήματος», και λίγο αργότερα V. Ya. Sukachev(1940) τεκμηρίωσε μια ιδέα κοντά του σχετικά με τη βιογεωκένωση.

Τρίτο στάδιο(δεκαετία 1950 - μέχρι σήμερα) - ο μετασχηματισμός της οικολογίας σε μια πολύπλοκη επιστήμη, συμπεριλαμβανομένων των επιστημών προστασίας του ανθρώπινου περιβάλλοντος. Ταυτόχρονα με την ανάπτυξη θεωρητικές βάσειςοικολογία, επιλύθηκαν και εφαρμοσμένα ζητήματα που σχετίζονται με την οικολογία.

Στη χώρα μας, τη δεκαετία 1960-1980, σχεδόν κάθε χρόνο η κυβέρνηση υιοθέτησε ψηφίσματα για την ενίσχυση της προστασίας της φύσης. Δημοσιεύτηκαν κώδικες γης, νερού, δάσους και άλλοι. Ωστόσο, όπως έδειξε η πρακτική της χρήσης τους, δεν έδωσαν τα απαιτούμενα αποτελέσματα.

Σήμερα η Ρωσία βιώνει μια περιβαλλοντική κρίση: περίπου το 15% της επικράτειας είναι στην πραγματικότητα μια ζώνη περιβαλλοντικής καταστροφής. Το 85% του πληθυσμού αναπνέει αέρα μολυσμένο σημαντικά πάνω από το MPC. Ο αριθμός των ασθενειών που προκαλούνται από το περιβάλλον αυξάνεται. Υπάρχει υποβάθμιση και μείωση των φυσικών πόρων.

Παρόμοια κατάσταση έχει διαμορφωθεί και σε άλλες χώρες του κόσμου. Το ερώτημα τι θα συμβεί στην ανθρωπότητα σε περίπτωση υποβάθμισης των φυσικών οικολογικών συστημάτων και απώλειας της ικανότητας της βιόσφαιρας να διατηρεί βιοχημικούς κύκλους γίνεται ένα από τα πιο πιεστικά.

4) 1. Μοριακό επίπεδο οργάνωσης της ζωντανής φύσης

Χημική σύνθεση κυττάρων: οργανικές και ανόργανες ουσίες,

Μεταβολισμός (μεταβολισμός): διαδικασίες αφομοίωσης και αφομοίωσης,

απορρόφηση και απελευθέρωση ενέργειας.

Το μοριακό επίπεδο επηρεάζει όλες τις βιοχημικές διεργασίες που συμβαίνουν μέσα σε κάθε ζωντανό οργανισμό - από μονοκύτταρο έως πολυκύτταρο.

Αυτό επίπεδοΕίναι δύσκολο να το πεις «ζωντανό». Αυτό είναι μάλλον ένα «βιοχημικό» επίπεδο - επομένως είναι η βάση για όλα τα άλλα επίπεδα οργάνωσης της ζωντανής φύσης. Επομένως, ήταν αυτός που αποτέλεσε τη βάση για την ταξινόμηση της Ζωντανής Φύσης στα βασίλεια -οι οποίες θρεπτικόςείναι η κύρια στο σώμα: στα ζώα είναι πρωτεΐνη, στους μύκητες είναι η χιτίνη, στα φυτά είναι οι υδατάνθρακες.

Επιστήμες που μελετούν τους ζωντανούς οργανισμούς σε αυτό το επίπεδο:

2. Κυτταρικό επίπεδο οργάνωσης της ζωντανής φύσης

Περιλαμβάνει το προηγούμενο - μοριακό επίπεδο οργάνωσης.

Σε αυτό το επίπεδο ο όρος "κελί" εμφανίζεται ήδη ως "το μικρότερο αδιαίρετο βιολογικό σύστημα"

Μεταβολισμός ουσιών και ενέργεια ενός δεδομένου κυττάρου (διαφορετικό ανάλογα με το βασίλειο σε ποιον οργανισμό ανήκει).

Κυτταρικά οργανίδια;

Κύκλοι ζωής - προέλευση, ανάπτυξη και ανάπτυξη και κυτταρική διαίρεση

Σπουδές επιστημών κυτταρικό επίπεδο οργάνωσης:

Η γενετική και η εμβρυολογία μελετούν αυτό το επίπεδο, αλλά αυτό δεν είναι το κύριο αντικείμενο μελέτης.

3. Επίπεδο οργάνωσης ιστού:

Περιλαμβάνει 2 προηγούμενα επίπεδα - μοριακόςΚαι κυτταρικός.

Αυτό το επίπεδο μπορεί να ονομαστεί "πολυκύτταρος «- εξάλλου το ύφασμα είναισυλλογή κυττάρων με παρόμοια δομή και εκτελώντας τις ίδιες λειτουργίες.

Επιστήμη – Ιστολογία

4. Όργανο (έμφαση στην πρώτη συλλαβή) επίπεδο οργάνωσης ζωής

Στους μονοκύτταρους οργανισμούς, τα όργανα είναι οργανίδια -Υπάρχουν κοινά οργανίδια - χαρακτηριστικά όλων των ευκαρυωτικών ή προκαρυωτικών κυττάρων, και υπάρχουν διαφορετικά.

Στους πολυκύτταρους οργανισμούς, κύτταρα με κοινή δομή και λειτουργίες συνδυάζονται σε ιστούς και, κατά συνέπεια, σε όργανα,τα οποία με τη σειρά τους είναι ενσωματωμένα σε συστήματα και πρέπει να αλληλεπιδρούν ομαλά μεταξύ τους.

Επίπεδα οργάνωσης ιστών και οργάνων - επιστήμες σπουδών:

5. Οργανικό επίπεδο

Περιλαμβάνει όλα τα προηγούμενα επίπεδα: μοριακός, επίπεδα κυτταρικών, ιστών και οργάνων.

Σε αυτό το επίπεδο, η Ζωντανή Φύση χωρίζεται σε βασίλεια - ζώα, φυτά και μύκητες.

Χαρακτηριστικά αυτού του επιπέδου:

Μεταβολισμός (τόσο σε επίπεδο σώματος όσο και σε κυτταρικό επίπεδο)

Δομή (μορφολογία) του οργανισμού

Διατροφή (μεταβολισμός και ενέργεια)

Ομοιοσταση

Αναπαραγωγή

Αλληλεπίδραση μεταξύ οργανισμών (ανταγωνισμός, συμβίωση κ.λπ.)

Αλληλεπίδραση με το περιβάλλον

6. Πληθυσμός-είδος επίπεδο οργάνωσης ζωής

Περιλαμβάνει μοριακός, επίπεδα κυτταρικών, ιστών, οργάνων και οργανισμών.

Αν αρκετοί οργανισμοί είναι μορφολογικά παρόμοιοι (με άλλα λόγια έχουν την ίδια δομή) και έχουν τον ίδιο γονότυπο, τότε σχηματίζουν ένα είδος ή πληθυσμό.

Κύριες διαδικασίες σε αυτό το επίπεδο:

Αλληλεπίδραση οργανισμών μεταξύ τους (ανταγωνισμός ή αναπαραγωγή)

μικροεξέλιξη (αλλαγές στον οργανισμό υπό την επίδραση εξωτερικών συνθηκών)

Επιστήμες που μελετούν αυτό το επίπεδο:

7. Βιογεωκαινοτικό επίπεδο οργάνωσης ζωής

Σε αυτό το επίπεδο, σχεδόν τα πάντα έχουν ήδη ληφθεί υπόψη:

Τροφική αλληλεπίδραση μεταξύ οργανισμών - τροφικές αλυσίδες και δίκτυα

Δια- και ενδοειδική αλληλεπίδραση οργανισμών - ανταγωνισμός και αναπαραγωγή

Η επίδραση του περιβάλλοντος στους οργανισμούς και, κατά συνέπεια, η επίδραση των οργανισμών στον βιότοπό τους

Η επιστήμη που μελετά αυτό το επίπεδο είναι Οικολογία

Λοιπόν, το τελευταίο επίπεδο είναι το υψηλότερο!

8. Βιόσφαιρα επίπεδο οργάνωσης της ζωντανής φύσης

Περιλαμβάνει:

Αλληλεπίδραση τόσο ζωντανών όσο και μη ζωντανών συστατικών της φύσης

Βιογεωκενώσεις

Ανθρώπινη επιρροή - «ανθρωπογόνοι παράγοντες»

Κύκλος ουσιών στη φύση

5) Ένα οικολογικό σύστημα, ή οικοσύστημα, είναι η βασική λειτουργική μονάδα στην οικολογία, αφού περιλαμβάνει οργανισμούς και

άψυχο περιβάλλον - συστατικά που επηρεάζουν αμοιβαία τις ιδιότητες του άλλου και τις απαραίτητες συνθήκες για τη διατήρηση της ζωής στη μορφή που υπάρχει στη Γη. Ορος οικοσύστημαπροτάθηκε για πρώτη φορά το 1935 από έναν Άγγλο οικολόγο Α. Τάνσλι.

Έτσι, ως οικοσύστημα νοείται ένα σύνολο ζωντανών οργανισμών (κοινοτήτων) και των οικοτόπων τους, οι οποίοι, χάρη στον κύκλο των ουσιών, σχηματίζουν ένα σταθερό σύστημα ζωής.

Οι κοινότητες οργανισμών συνδέονται με το ανόργανο περιβάλλον με τις πιο στενές συνδέσεις υλικού και ενέργειας. Τα φυτά μπορούν να υπάρχουν μόνο λόγω της συνεχούς παροχής διοξειδίου του άνθρακα, νερού, οξυγόνου και μεταλλικών αλάτων. Τα ετερότροφα ζουν από τα αυτότροφα, αλλά απαιτούν την παροχή ανόργανων ενώσεων όπως το οξυγόνο και το νερό.

Σε κάθε δεδομένο βιότοπο, τα αποθέματα ανόργανων ενώσεων που είναι απαραίτητα για τη στήριξη της ζωής των οργανισμών που κατοικούν δεν θα διαρκούσαν πολύ εάν αυτά τα αποθέματα δεν ανανεώνονταν. Η επιστροφή των θρεπτικών συστατικών στο περιβάλλον συμβαίνει τόσο κατά τη διάρκεια της ζωής των οργανισμών (ως αποτέλεσμα αναπνοής, απέκκρισης, αφόδευσης) όσο και μετά το θάνατό τους, ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης πτωμάτων και φυτικών υπολειμμάτων.

Κατά συνέπεια, η κοινότητα σχηματίζει ένα ορισμένο σύστημα με το ανόργανο περιβάλλον στο οποίο η ροή των ατόμων που προκαλείται από τη ζωτική δραστηριότητα των οργανισμών τείνει να κλείσει σε έναν κύκλο.

Ρύζι. 8.1. Η δομή της βιογεωκένωσης και το σχήμα αλληλεπίδρασης μεταξύ των συστατικών

Ο όρος «βιογεωκένωση», που προτάθηκε το 1940, χρησιμοποιείται ευρέως στη ρωσική βιβλιογραφία. B. NΣουκάτσεφ.Σύμφωνα με τον ορισμό του, η βιογεωκένωση είναι «ένα σύνολο ομοιογενών φυσικών φαινομένων (ατμόσφαιρα, βράχος, έδαφος και υδρολογικές συνθήκες) σε μια ορισμένη έκταση της επιφάνειας της γης, το οποίο έχει μια ιδιαίτερη ιδιαιτερότητα των αλληλεπιδράσεων αυτών των συστατικών που την αποτελούν και ορισμένο είδος ανταλλαγής ύλης και ενέργειας μεταξύ τους και άλλων φυσικών φαινομένων και αντιπροσωπεύει μια εσωτερικά αντιφατική διαλεκτική ενότητα, σε διαρκή κίνηση και ανάπτυξη».

Στη βιογεωκένωση V.N. Ο Σουκάτσεφ εντόπισε δύο μπλοκ: οικοτοπος- ένα σύνολο συνθηκών του αβιοτικού περιβάλλοντος και βιοκένωση- το σύνολο όλων των ζωντανών οργανισμών (Εικ. 8.1). Ένας οικοτόπος θεωρείται συχνά ως αβιοτικό περιβάλλον που δεν μετασχηματίζεται από τα φυτά (το πρωταρχικό σύμπλεγμα παραγόντων του φυσικογεωγραφικού περιβάλλοντος) και ένας βιότοπος είναι ένα σύνολο στοιχείων του αβιοτικού περιβάλλοντος που τροποποιούνται από τις δραστηριότητες που σχηματίζουν περιβάλλον ζωντανών οργανισμών.

Υπάρχει η άποψη ότι ο όρος «βιογεωκοένωση» σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό αντανακλά τα δομικά χαρακτηριστικά του υπό μελέτη μακροσυστήματος, ενώ η έννοια του «οικοσυστήματος» περιλαμβάνει, πρώτα απ' όλα, τη λειτουργική του ουσία. Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ αυτών των όρων.

Πρέπει να σημειωθεί ότι ο συνδυασμός ενός συγκεκριμένου φυσικοχημικού περιβάλλοντος (βιότοπος) με μια κοινότητα ζωντανών οργανισμών (βιοκένωση) σχηματίζει ένα οικοσύστημα:

Οικοσύστημα = Βιότοπος + Βιοκένωση.

Η ισορροπία (σταθερή) κατάσταση του οικοσυστήματος διασφαλίζεται με βάση τους κύκλους της ουσίας (βλ. παράγραφο 1.5). Όλα τα συστατικά των οικοσυστημάτων συμμετέχουν άμεσα σε αυτούς τους κύκλους.

Για να διατηρηθεί η κυκλοφορία των ουσιών σε ένα οικοσύστημα, είναι απαραίτητο να υπάρχει απόθεμα ανόργανων ουσιών σε εύπεπτη μορφή και τρεις λειτουργικά διαφορετικές οικολογικές ομάδες οργανισμών: παραγωγοί, καταναλωτές και αποικοδομητές.

Παραγωγοίοι αυτότροφοι οργανισμοί είναι ικανοί να χτίζουν το σώμα τους χρησιμοποιώντας ανόργανες ενώσεις (Εικ. 8.2).

Ρύζι. 8.2. Παραγωγοί

Καταναλωτές -ετερότροφοι οργανισμοί που καταναλώνουν οργανική ύλη από παραγωγούς ή άλλους καταναλωτές και τη μετατρέπουν σε νέες μορφές.

ΑποσυνθετέςΖουν από νεκρή οργανική ύλη, μετατρέποντάς την ξανά σε ανόργανες ενώσεις. Αυτή η ταξινόμηση είναι σχετική, δεδομένου ότι τόσο οι καταναλωτές όσο και οι ίδιοι οι παραγωγοί ενεργούν εν μέρει ως αποικοδομητές κατά τη διάρκεια της ζωής τους, διακρίνοντας περιβάλλονμεταλλικά προϊόντα μεταβολισμού.

Κατ' αρχήν, ο κύκλος των ατόμων μπορεί να διατηρηθεί στο σύστημα χωρίς ενδιάμεσο σύνδεσμο - καταναλωτές, λόγω των δραστηριοτήτων δύο άλλων ομάδων. Ωστόσο, τέτοια οικοσυστήματα εμφανίζονται μάλλον ως εξαιρέσεις, για παράδειγμα, σε εκείνες τις περιοχές όπου λειτουργούν κοινότητες που σχηματίζονται μόνο από μικροοργανισμούς. Ο ρόλος των καταναλωτών στη φύση διαδραματίζεται κυρίως από τα ζώα οι δραστηριότητές τους στη διατήρηση και την επιτάχυνση της κυκλικής μετανάστευσης των ατόμων στα οικοσυστήματα είναι πολύπλοκες και ποικίλες.

Η κλίμακα των οικοσυστημάτων στη φύση ποικίλλει πολύ. Ο βαθμός κλειστότητας των κύκλων της ύλης που διατηρούνται σε αυτούς είναι επίσης διαφορετικός, δηλ. επαναλαμβανόμενη συμμετοχή των ίδιων στοιχείων σε κύκλους. Ως ξεχωριστά οικοσυστήματα, μπορούμε να θεωρήσουμε, για παράδειγμα, ένα μαξιλάρι λειχήνων σε έναν κορμό δέντρου, ένα κούτσουρο σε αποσύνθεση με τον πληθυσμό του, ένα μικρό προσωρινό σώμα νερού, ένα λιβάδι, ένα δάσος, μια στέπα, μια έρημο, ολόκληρο τον ωκεανό, και, τέλος, ολόκληρη η επιφάνεια της Γης που καταλαμβάνεται από ζωή.

Σε ορισμένους τύπους οικοσυστημάτων, η μεταφορά ύλης εκτός των ορίων τους είναι τόσο μεγάλη που η σταθερότητά τους διατηρείται κυρίως από την εισροή της ίδιας ποσότητας ύλης από το εξωτερικό, ενώ ο εσωτερικός κύκλος είναι αναποτελεσματικός. Πρόκειται για ρέουσες δεξαμενές, ποτάμια, ρυάκια, περιοχές απότομες πλαγιέςβουνά Άλλα οικοσυστήματα έχουν πολύ πιο ολοκληρωμένο κύκλο ουσιών και είναι σχετικά αυτόνομα (δάση, λιβάδια, λίμνες κ.λπ.).

Ένα οικοσύστημα είναι πρακτικά ένα κλειστό σύστημα. Αυτή είναι η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ των οικοσυστημάτων και των κοινοτήτων και των πληθυσμών, που είναι ανοιχτά συστήματα που ανταλλάσσουν ενέργεια, ύλη και πληροφορίες με το περιβάλλον τους.

Ωστόσο, κανένα οικοσύστημα στη Γη δεν έχει τελείως κλειστή κυκλοφορία, καθώς εξακολουθεί να συμβαίνει ελάχιστη ανταλλαγή μάζας με τον βιότοπο.

Ένα οικοσύστημα είναι ένα σύνολο διασυνδεδεμένων καταναλωτών ενέργειας που εκτελούν εργασίες για να διατηρήσουν την κατάσταση μη ισορροπίας σε σχέση με τον βιότοπό του μέσω της χρήσης της ηλιακής ροής ενέργειας.

Σύμφωνα με την ιεραρχία των κοινοτήτων, η ζωή στη Γη εκδηλώνεται και στην ιεραρχία των αντίστοιχων οικοσυστημάτων. Η οικοσυστημική οργάνωση της ζωής είναι μια από τις απαραίτητες προϋποθέσεις για την ύπαρξή της. Όπως έχει ήδη σημειωθεί, τα αποθέματα βιογενών στοιχείων που είναι απαραίτητα για τη ζωή των οργανισμών στη Γη γενικά και σε κάθε συγκεκριμένη περιοχή στην επιφάνειά της δεν είναι απεριόριστα. Μόνο ένα σύστημα κυκλοφορίας θα μπορούσε να δώσει σε αυτά τα αποθέματα την ιδιότητα του άπειρου, απαραίτητη για τη συνέχιση της ζωής.

Μόνο λειτουργικά διαφορετικές ομάδες οργανισμών μπορούν να διατηρήσουν και να πραγματοποιήσουν τον κύκλο. Η λειτουργική και οικολογική ποικιλομορφία των έμβιων όντων και η οργάνωση της ροής των ουσιών που εξάγονται από το περιβάλλον σε κύκλους είναι η αρχαιότερη ιδιότητα της ζωής.

Από αυτή την άποψη, η βιώσιμη ύπαρξη πολλών ειδών σε ένα οικοσύστημα επιτυγχάνεται λόγω των φυσικών διαταραχών του οικοτόπου που συμβαίνουν συνεχώς σε αυτό, επιτρέποντας σε νέες γενιές να καταλάβουν τον πρόσφατα εκκενωμένο χώρο.

Οικοσύστημα (οικολογικό σύστημα)- η βασική λειτουργική μονάδα της οικολογίας, που αντιπροσωπεύει την ενότητα των ζωντανών οργανισμών και του ενδιαιτήματός τους, οργανωμένη από τις ροές ενέργειας και τον βιολογικό κύκλο των ουσιών. Αυτή είναι η θεμελιώδης κοινότητα των ζωντανών όντων και ο βιότοπός τους, κάθε σύνολο ζωντανών οργανισμών που ζουν μαζί και οι συνθήκες ύπαρξής τους (Εικ. 8).

Ρύζι. 8. Διάφορα οικοσυστήματα: α - λίμνη στη μεσαία ζώνη (1 - φυτοπλαγκτόν, 2 - ζωοπλαγκτόν, 3 - σκαθάρια κολύμβησης (προνύμφες και ενήλικες), 4 - νεαρός κυπρίνος, 5 - λούτσος, 6 - χορονομιδικές προνύμφες (κουνούπια με τράνταγμα)· 7 - βακτήρια της παράκτιας βλάστησης, β - λιβάδια (I - αβιοτικά συστατικά, δηλ. ανόργανα και οργανικά συστατικά) (βλάστηση) και τα λοιπά.);

Από λειτουργική άποψη, συνιστάται η ανάλυση του οικοσυστήματος προς τις ακόλουθες κατευθύνσεις:

1) ροές ενέργειας·

2) τροφική αλυσίδα;

3) δομή της χωροχρονικής ποικιλομορφίας·

4) βιογεωχημικοί κύκλοι;

5) ανάπτυξη και εξέλιξη·

6) έλεγχος (κυβερνητική);

Τα οικοσυστήματα μπορούν επίσης να ταξινομηθούν ως εξής:

· Δομή?

· Παραγωγικότητα.

· Σταθερότητα.

Τύποι οικοσυστημάτων (σύμφωνα με τον Komov):

· Σωρευτικά (σηκωμένα έλη).

· Διαμετακόμιση (ισχυρή αφαίρεση ουσίας).