Основные уровни организации живой природы.
Уровни организации живой материи - иерархически соподчиненные уровни организации биосистем, отражающие уровни их усложнения. Чаще всего выделяют шесть основных структурных уровней жизни: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный. В типичном случае каждый из этих уровней является системой из подсистем нижележащего уровня и подсистемой системы более высокого уровня. Молекулярный уровень организации жизни
Представлен разнообразными молекулами, находящимися в живой клетке.
Компоненты:
Молекулы неорганических и органических соединений
Молекулярные комплексы химических соединений (мембрана и др.)
Основные процессы:
Объединение молекул в особые комплексы
Осуществление физико-химических реакций в упорядоченном виде
Копирование ДНК, кодирование и передача генетической информации
Биохимия, Биофизика, Молекулярная биология, Молекулярная генетика
Клеточный уровень организации жизни
Представлен свободноживущими одноклеточными организмами и клетками, входящими в многоклеточные организмы.
Компонент:
Комплексы молекул химических соединений и органоиды клетки
Основные процессы:
Биосинтез, фотосинтез
Регуляция химических реакций
Деление клеток
Вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы
Науки, ведущие исследования на этом уровне:
Генная инженерия, Цитогенетика, Цитология, Эмбриология
Тканевый уровень организации жизни
Тканевой уровень представлен тканями, объединяющими клетки определенного строения, размеров, расположения и сходных функций. Ткани возникли в ходе исторического развития вместе с многоклеточностью. У многоклеточных организмов они образуются в процессе онтогенеза как следствие дифференциации клеток. У животных различают несколько типов тканей (эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная, а также кровь и лимфа). У растений различают меристематическую, защитную, основную и проводящую ткани. На этом уровне происходит специализация клеток.
Органный уровень организации жизни
Представлен органами организмов. У простейших пищеварение, дыхание, циркуляция веществ, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счет различных органелл. У более совершенных организмов имеются системы органов. У растений и животных органы формируются за счет разного количества тканей. Для позвоночных характерна цефализация, защищающаяся в сосредоточении важнейших центров и органов чувств в голове.
Организменный (онтогенетический) уровень организации жизни
Представлен одноклеточными и многоклеточными организмами растений, животных, грибов и бактерий.
Компоненты:
Клетка - основной структурный компонент организма. Из клеток образованы ткани и органы многоклеточного организма
Основные процессы:
Обмен веществ (метаболизм), раздражимость, размножение, онтогенез, нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности, гомеостаз
Науки, ведущие исследования на этом уровне:
Анатомия, биология развития, аутэкология, генетика, гигиена, морфология, физиология
Популяционно-видовой уровень организации жизни
Представлен в природе огромным разнообразием видов и их популяций.
Компоненты:
Группы родственных особей, объединённых определённым генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой
Основные процессы:
Генетическое своеобразие
Взаимодействие между особями и популяциями
В современной биологии живую материю принято рассматривать как иерархическую структуру. Каждый уровень представляет собой систему взаимосвязанных элементов. При этом отдельная структурная единица одновременно является и совокупностью «деталей» более низкого порядка. Популяционно-видовой уровень организации жизни — одна из таких ступеней в иерархической лестнице организмов. Именно на нем начинают в полной мере проявляться все эволюционные изменения.
Иерархическая модель
Живые системы принято объединять в четыре группы:
Молекулярно-генетический уровень. На нем размещаются такие составляющие живых организмов, как липиды, углеводы, белки и нуклеиновые кислоты. Этот уровень еще нельзя назвать живым, но макромолекулы, его составляющие, создают основу для следующей ступени развития.
Онтогенетический уровень. Здесь размещаются клетки, органы, ткани и от гидры до человека. Именно на этом уровне впервые возникает жизнь.
Популяционно-видовой уровень. Изложению его особенностей посвящена данная статья.
Биогеоценотический уровень. Включает сообщества организмов, биоценозы и биосферу. Это уровень, на котором организация живой материи достигает наибольшей сложности.
Некоторые особенности
Структуры, размещающиеся на каждом из уровней, являются системными. Им свойственно состоять из некоторого числа элементов, постоянно взаимодействовать с окружающей средой, управлять внутренними процессами с помощью саморегуляции. Они обладают границей, определяющей, где заканчивается система и начинается внешний мир. Популяционно-видовой уровень — это структура с аналогичными свойствами. Границей, отделяющей его от окружающей среды, является не некая физическая структура, но сложные взаимоотношения отдельных особей и генетические факторы.
Популяционно-видовой уровень организации жизни является важнейшим для понимания эволюционных процессов. Именно на этом этапе хорошо заметны все основные механизмы отбора. Главные элементы уровня — вид и популяция.
Критерии выделения
Видов живых существ на нашей планете существует огромное множество. Различия между ними определяются по целому набору характеристик. Все они представляют собой разные варианты сходства особей одного вида:
Отсутствие главного
Любой из этих признаков, взятый в отдельности и обнаруженный у группы особей, не гарантирует, что перед нами описываемый элемент, составляющий популяционно-видовой уровень жизни. Только все параметры, взятые вместе, позволяют утверждать, что рассматриваемая группа организмов составляет единое целое. По морфологическому признаку могут быть схожи так называемые виды-двойники. Примером их являются аскариды, в целом одинаковые по строению, но отличающиеся средой обитания. Бывает и так, что особи одного вида различаются внешне. Распространенный пример — несовпадение по окрасу и размерам самок и самцов некоторых птиц или насекомых.
Единая территория обитания в отрыве от остальных показателей также может привести к ошибочному отнесению особей к одному виду. Ареал часто бывает разрозненным в силу некоторых характеристик ландшафта. И наоборот, на одной территории нередко совместно проживают особи совершенно разных видов.
Определение
Подобные примеры можно обнаружить для любого из перечисленных параметров. Элементы, составляющие популяционно-видовой уровень организации жизни, можно различить, только используя весь набор признаков. Наиболее же существенное значение имеет свободное скрещивание особей и плодовитое потомство. На основе этих признаков можно вывести определение понятия. Вид — это совокупность особей, схожих по внутреннему и внешнему строению, а также протеканию процессов жизнедеятельности, занимающих один ареал и способных свободно скрещиваться друг с другом, оставляя способное к размножению потомство.
Подразделения
Популяционно-видовой уровень, примеры которого встречаются на любой территории, является той ступенью иерархии жизни, где в полной мере разворачиваются все механизмы естественного отбора. Именно здесь располагается так называемая единица эволюции. представляющая собой одновременно и структурный элемент вида. Последний является, скорее, систематической единицей. В природе нельзя обнаружить вид, не поделенный на популяции.
У этого элемента, входящего в популяционно-видовой уровень, есть несколько характеристик:
- все особи принадлежат одному виду;
- они населяют относительно обособленный ареал на территории данного вида;
- особи свободно скрещиваются и оставляют плодовитое потомство.
Показатели
Разделение вида на популяции чаще всего происходит в результате географической или биологической изоляции одной группы особей от других. В первом случае их разделяют горы, озера, реки или иные природные преграды. Во втором — в результате несколько различающихся потребностей в условиях окружающей среды, отличий в поведении или наличия мутаций исчезает возможность скрещивания особей разных групп.
Популяции обладают набором таких показателей, как численность, рождаемость, смертность и прирост. Первый представляет собой совокупность всех особей. Популяцию отличает способность к саморегуляции своей численности. Сдерживающим фактором является сопротивление среды: в результате увеличения количества особей снижается кормовая база на данной территории, ухудшаются другие условия. Ответом на это будет снижение численности — ее восстановление до некоего среднего уровня.
Важными показателями этого элемента, входящего в популяционно-видовой являются рождаемость и смертность. Они представляют собой число появившихся и умерших особей за определенный период соответственно. Разница между ними называется приростом. Он бывает отрицательным и положительным. В первом случае численность популяции снижается, а во втором — увеличивается.
Структура
Особи рассматриваемого элемента, входящего в популяционно-видовой уровень организации жизни, различаются по полу и возрасту. Эти показатели легли в основу выделения соответствующих структур. Соотношение мужских и женских особей, как правило, один к одному, однако вследствие воздействия внешних факторов может возникать дисгармония по этому параметру. Одновременное присутствие в популяции особей разного возраста способствует большей ее приспособляемости. При этом увеличение числа «молодняка» позволяет прогнозировать повышение в будущем численности популяции.
Выделяют также поведенческую структуру, характерную исключительно для животных. Особи в популяции могут быть одиночками или же образовывать стаи, семьи и стада. Первые рано или поздно ищут общества себе подобных, поскольку иначе невозможно размножение. Стая характеризуется наличием большого числа подражательных реакций, четкого внутреннего порядка, разработанной системой сигнализации. В период размножения, как правило, она распадается на пары. В семье более крепкими становятся взаимоотношения потомства и родителей. Хорошим примером этого типа поведенческой структуры является львиный прайд, состоящий из одного самца, нескольких самок и их детенышей.
Стадо — наиболее постоянное объединение животных. Оно характеризуется наличием строгой иерархии во главе с вожаком.
Единица эволюции
Как уже отмечалось, популяционно-видовой уровень организации — та ступень в иерархии живых систем, на которой в полной мере можно проследить эволюционный процесс. Изменения начинаются с популяции. Особи, ее составляющие, обладают генофондом, то есть совокупностью наследственного материала всех организмов. Он характеризуется способностью к направленному изменению. Популяцию называют единицей эволюции, поскольку отдельный организм в течение жизни не может изменяться в силу фиксированности набора его генов.
Эволюционный материал
Изменение генофонда происходит в результате появления и накопления мутаций. Они появляются довольно редко и могут затронуть любой признак. Выделяют доминантные и рецессивные мутации. Первые, появившись, сразу же проявляются. Особи с новым признаком затем подвергаются естественному отбору. Если мутация полезна, то она закрепляется. Постепенно в популяции увеличивается число особей с этим признаком.
Рецессивные мутации, встречающиеся в природе гораздо чаще доминантных, сначала неактивны. Они накапливаются в генофонде в течение часто довольно длительного периода. При достижении определенного уровня концентрации таких мутаций они могут проявиться в виде нового признака, и процесс пойдет аналогично описанному выше.
Также появление различных характеристик особей возможно на основе перемешивания (комбинации) имеющегося в генофонде материала в результате свободного скрещивания. При этом количество возможных вариаций будет тем больше, чем внушительнее численность популяции.
Направленное изменение
В относительно спокойных, то есть постоянных, условиях в популяции сосуществуют особи с разным набором признаков. При этом поддерживается некий средний состав генов. В случае, когда особи подвержены постоянному влиянию агрессивных выживать будут лишь наиболее приспособленные организмы. Так работает зорко «контролирующий» популяционно-видовой уровень. Примеры его воздействия составляют всю эволюцию животного мира. Подобные изменения генофонда являются необходимой предпосылкой для всех более крупных преобразований.
В природной иерархии нельзя выделить самые важные и нужные структуры. Каждый более высокий уровень развития невозможен без «наработок» предыдущих. Однако новая ступень всегда качественно отличается от простой суммы особенностей нижележащих. Так, популяционно-видовой становится «полем деятельности» естественного отбора, основного эволюционного процесса.
Все живые организмы в природе состоят из одинаковых уровней организации, это общая для всех живых организмов характерная биологическая закономерность.
Выделяют следующие уровни организации живых организмов - молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный.
Рис. 1. Молекулярно-генетический уровень
1. Молекулярно-генетический уровень. Это наиболее элементарный характерный для жизни уровень (рис. 1). Как бы сложно или просто ни было строение любого живого организма, они все состоят из одинаковых молекулярных соединений. Примером этого являются нуклеиновые кислоты, белки, углеводы и другие сложные молекулярные комплексы органических и неорганических веществ. Их называют иногда биологическими макро- молекулярными веществами. На молекулярном уровне происходят различные процессы жизнедеятельности живых организмов: обмен веществ, превращение энергии. С помощью молекулярного уровня осуществляется передача наследственной информации, образуются отдельные органоиды и происходят другие процессы.
Рис. 2. Клеточный уровень
2. Клеточныйуровенъ. Клетка является структурной и функциональной единицей всех живых организмов на Земле (рис. 2). Отдельные органоиды в составе клетки имеют характерное строение и выполняют определенную функцию. Функции отдельных органоидов в клетке взаимосвязаны и выполняют единые процессы жизнедеятельности. У одноклеточных организмов (одноклеточные водоросли и простейшие) все жизненные процессы проходят в одной клетке, и одна клетка существует как отдельный организм. Вспомните одноклеточные водоросли, хламидомонады, хлореллу и простейших животных - амебу, инфузорию и др. У многоклеточных организмов одна клетка не может существовать как отдельный организм, но она является элементарной структурной единицей организма.
Рис. 3. Тканевый уровень
3. Тканевый уровень. Совокупность сходных по происхождению, строению и функциям клеток и межклеточных веществ образует ткань. Тканевый уровень характерен только для многоклеточных организмов. Также отдельные ткани не являются самостоятельным целостным организмом (рис. 3). Например, тела животных и человека состоят из четырех различных тканей (эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная). Растительные ткани называются: образовательная, покровная, опорная, проводящая и выделительная. Вспомните строение и функции отдельных тканей.
Рис. 4. Органный уровень
4. Органный уровень. У многоклеточных организмов объединение нескольких одинаковых тканей, сходных по строению, происхождению и функциям, образует органный уровень (рис. 4). В составе каждого органа встречается несколько тканей, но среди них одна наиболее значительная. Отдельный орган не может существовать как целостный организм. Несколько органов, сходных по строению и функциям, объединяясь, составляют систему органов, например пищеварения, дыхания, кровообращения и т. д.
Рис. 5. Организменный уровень
5. Организменный уровень. Растения (хламидомонада, хлорелла) и животные (амеба, инфузория и т. д.), тела которых состоят из одной клетки, представляют собой самостоятельный организм (рис. 5). А отдельная особь многоклеточных организмов считается как отдельный организм. В каждом отдельном организме происходят все жизненные процессы, характерные для всех живых организмов, - питание, дыхание, обмен веществ, раздражимость, размножение и т. д. Каждый самостоятельный организм оставляет после себя потомство. У многоклеточных организмов клетки, ткани, органы и системы органов не являются отдельным организмом. Только целостная система органов, специализированно выполняющих различные функции, образует отдельный самостоятельный организм. Развитие организма, начиная с оплодотворения и до конца жизни, занимает определенный промежуток времени. Такое индивидуальное развитие каждого организма называется онтогенезом. Организм может существовать в тесной взаимосвязи с окружающей средой.
Рис. 6. Популяционно-видовой уровень
6. Популяционно-видовой уровень. Совокупность особей одного вида или группы, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида, составляет популяцию. На популяционном уровне осуществляются простейшие эволюционные преобразования, что способствует постепенному появлению нового вида (рис. 6).
Рис. 7 Биогеоценотический уровень
7. Биогеоценотический уровень. Совокупность организмов разных видов и различной сложности организации, приспособленных к одинаковым условиям природной среды, называется биогеоценозом, или природным сообществом. В состав биогеоценоза входят многочисленные виды живых организмов и условия природной среды. В природных биогеоценозах накапливается энергия и передается от одного организма к другому. Биогеоценоз включает неорганические, органические соединения и живые организмы (рис. 7).
Рис. 8. Биосферный уровень
8. Биосферный уровень. Совокупность всех живых организмов на нашей планете и общей природной среды их обитания составляет биосферный уровень (рис. 8). На биосферном уровне современная биология решает глобальные проблемы, например определение интенсивности образования свободного кислорода растительным покровом Земли или изменения концентрации углекислого газа в атмосфере, связанные с деятельностью человека. Главную роль в биосферном уровне выполняют "живые вещества", т. е. совокупность живых организмов, населяющих Землю. Также в биосферном уровне имеют значение "биокосные вещества", образовавшиеся в результате жизнедеятельности живых организмов и "косных" веществ (т. е. условий окружающей среды). На биосферном уровне происходит круговорот веществ и энергии на Земле с участием всех живых организмов биосферы.
Уровни организации жизни. Популяция. Биогеоценоз. Биосфера.
- В настоящее время выделяют несколько уровней организации живых организмов: молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный.
- На популяционно-видовом уровне осуществляются элементарные эволюционные преобразования.
- Клетка - самая элементарная структурная и функциональная единица всех живых организмов.
- Совокупность сходных по происхождению, строению и функциям клеток и межклеточных веществ образует ткань.
- Совокупность всех живых организмов на планете и общей природной среды их обитания составляет биосферный уровень.
- Назовите по порядку уровни организации жизни.
- Что такое ткань?
- Из каких основных частей состоит клетка?
- Для каких организмов характерен тканевый уровень?
- Дайте характеристику органного уровня.
- Что такое популяция?
- Дайте характеристику организменному уровню.
- Назовите особенности биогеоценотического уровня.
- Приведите примеры взаимосвязанности уровней организованности жизни.
Заполните таблицу, показывающую структурные особенности каждого уровня организации:
| Порядковый номер |
Уровни организации |
Особенности |
Объединение особей в популяции, а последних – в виды по степени генетического и экологического единства приводит к появлению новых свойств и особенностей в живой природе. Популяция – система особей одного вида, длительно занимающих определенное пространство и воспроизводящих себя в течение большого числа поколений. Вид –система популяций особей, обладающих рядом общих морфо-физиологических признаков, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства. Популяция - элементарная структура на популяционно-видовом уровне, а элементарное явление на этом уровне - изменение генотипического состава популяции; элементарный материал на этом уровне - мутации. Особую роль играют отношения между особями внутри популяции и вида. При этом популяции выступают как основные эволюционные единицы, представляющие собой генетически открытые системы (особи из разных популяций иногда скрещиваются, - таким образом, происходит обмен генетической информацией). Популяции и виды способны к существованию в течение длительного времени и к самостоятельному эволюционному развитию. Жизнь отдельной особи при этом находится в зависимости от популяционных процессов. Популяционно-видовая целостность связана с взаимодействием особей внутри популяций и поддерживается обменом" генетического материала в процессе полового размножения.
6. Биогеоценотический (экосистемный) уровень. Принципы устойчивости биогеоценоза .
Популяции разных видов образуют сложные сообщества - биоценозы. Биоценозы - совокупность растений, животных, грибов и прокариот, населяющих участки суши или водоема и находящихся в определенных отношениях между собой. Вместе с конкретными участками земной поверхности, занимаемыми биоценозами, и прилежащей атмосферой они формирую экосистему (биогеоценоз). Экосистема - взаимообусловленный комплекс живых и неживых (косных) компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергии. Название «биогеоценоз» используется только по отношению к природным системам. В целом жизнь биогеоценоза регулируется в основном силами, действующими внутри самой системы, т.е. можно говорить о саморегуляции биогеоценоза. Биогеоценоз представляет собой открытую систему, имеющую энергетические «входы» и «выходы», связывающие соседние биогеоценозы, обмен веществ между которыми может осуществляться как в газообразной, так и в жидкой и твердой фазах, а также в форме живого вещества (например, миграции животных). Нынешнее состояние экосистем – результат длительной эволюции и адаптации организмов друг к другу и к условиям существования. Все группы экосистемы - продукт совместного исторического развития различающихся и приспосабливающихся друг к другу видов. Первичной основой для функционирования экосистемы служат растения и прокариоты - автотрофы, синтезирующие из неорганических веществ (воды, двуокиси углерода, соединений азота) необходимые для жизни органические вещества. Автотрофы используют энергию фотосинтеза (зеленые растения) или хемосинтеза (бактерии). Они являются продуцентами, создающими жизненную среду для гетеротрофов, потребляющих готовые органические вещества и неспособные к их синтезу из неорганических. Гетеротрофами являются животные и грибы. Эти потребители в свою очередь подразделяются на консументы -(растительноядные животные и хищники) и редуценты (грибы, микроорганизмы, разлагающие органическое вещество.) Популяции разных видов в экосистемах воздействуют друг на друга по принципу прямой и обратной связи. В экосистемах выделяют пищевые (трофические) цепи – через них происходит трансформация вещества и энергии. При переходе энергии от одного звена к другому до 80-90% ее теряется в виде теплоты, поэтому цепи обычно включают не более 4-5 звеньев, и продукция каждого последующего звена меньше предыдущего. Совокупность всех организмов, объединенных единым типом питания образуют трофический уровень. В экосистеме реализуется правило пирамиды: продукция каждого последующего трофического уровня меньше предыдущего приблизительно в 10 раз. В состав пищи каждого вида могут входить другие разные виды, и каждый вид может служить пищей другим разным видам, т.е. трофические цепи переплетаются, образуя трофические сети. В экосистеме реализуются принципы устойчивости и равновесия:
принцип устойчивости : чем больше трофических уровней в экосистеме и чем они разнообразнее, тем более устойчива экосистема;
принцип равновесия : между видами в экосистеме существует равновесие, и отклонение от него в ту или другую сторону может привести к катастрофе.
Хозяйственная деятельность человека привела к резким изменениям всех компонентов биоценозов. На смену естественным биоценозам проходят искусственные – агробиоценозы, городские биоценозы. Агробиоценоз (и городской биоценоз) – вторичный биогеоценоз, который может существовать только при постоянном возобновлении человеком.
Биосферный уровень
Биосфера – единство всех биогеоценозов, система, охватывающая все явления жизни на Земле. Этот термин ввел в 1875 г. геолог Э. Зюсс (), но широкое распространение он получил в 20-е годы ХХ века, когда было развито учение В.И. Вернадского о биосфере. Согласно Вернадскому, биосфера – те части земных оболочек (лито-, гидро- и атмосферы), которые на протяжении геологической истории подвергались влиянию живых организмов и несут следы их жизнедеятельности. Биосфера возникла в процессе формирования земной коры и в настоящее время занимает пространство приблизительно от 10 км под Землей до 33 км над ней. Следует отметить очень узкий диапазон физических условий существования жизни, и в определенном смысле уникальность среды, в которой возможна жизнь. Вместе с тем, Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила существенную часть Земли, и этот захват продолжается.
Биогеохимический подход Вернадского позволяет всю совокупность живых организмов рассматривать как определенный тип - живое вещество. Кроме него в составе биосферы есть неживое или косное вещество, а также сложное по своей природе биокосное вещество, включающее как живые организмы, так и видоизмененное ими неживое вещество (почвы, илы, природные воды). Важнейшей чертой биосферы является наличие биотических круговоротов вещества. В результате способности к преобразованиям энергии и обмену веществ, а также к размножению и расселению живые организмы вызывают биогенную миграцию атомов. При этом, как указывал Вернадский, биогенная миграция химических элементов в биосфере стремится к максимальному своему проявлению. Жизнедеятельность организмов – один из важнейших геологических факторов. Своеобразие этого фактора связана в первую очередь с эволюцией. «Благодаря эволюции видов, непрерывно идущей и никогда не прекращающейся, резко меняется отражение живого вещества на окружающей среде... Эволюция видов переходит в эволюцию биосферы» (В.И. Вернадский).
Современное естествознание в ходе изучения взаимодействия биоценозов в биосфере вводит новое понятие – «коэволюция», означающее взаимное приспособление видов. Коэволюция является перспективной концепцией естественных и социальных наук, в которой решающую роль в существовании играет не борьба, а согласованность, сотрудничество различных видов, не связанных между собой генетически. В настоящее время интенсивно разрабатываются энергетическая, информационная и социальная концепции биосферы.
100 р бонус за первый заказ
Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line
Узнать цену
Клетка – элементарная единица живого.
Клетка представляет собой обособленную, наименьшую по размерам структуру, которой присуща вся совокупность свойств жизни и которая может в подходящих условиях окружающей среды поддерживать эти свойства в самой себе, а также передавать их в ряду поколений.
Клетка составляет основу строения, жизнедеятельности и развития всех живых форм – одноклеточных, многоклеточных и даже неклеточных.
В природе существует значительное разнообразие клеток, различающихся по размерам, форме, химическим особенностям. Число же главных типов клеточной организации ограничено двумя. Выделяют прокариотический и эукариотический типы с подразделением второго на подтип, характерный для простейших организмов, и подтип, характерный для многоклеточных.
Клетками прокариотического типа свойственны малые размеры (не более 0,5-3 мкм в диаметре и длине), отсутствие обособленного ядра. В клетке отсутствует развитая система мембран. Генетический аппарат представлен ДНК единственной кольцевой хромосомы, которая лишена основных белков – гистонов.
Эукариотический тип клеточной организации представлен двумя подтипами. Особенностью организмов простейших является то, что они соответствуют в структурном отношении уровню одной клетки, а в физиологическом – полноценной особи. Одной из черт клеток простейших является наличие в цитоплазме миниатюрных образований, выполняющих на клеточном уровне функции жизненно важных органов многоклеточного организма.
Впервые название "клетка" в середине XVII в. применил Р.Гук. Рассматривая тонкий срез пробки с помощью микроскопа, Гук увидел, что пробка состоит из ячеек - клеток.
Современная клеточная - теория включает следующие положения:
Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого;
Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ;
Размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;
В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.
Особи в природе не абсолютно изолированы друг от друга, а объединены более высоким рангом биологической организации. Это - популяционно-видовой уровень. Он возникает там и тогда, где и когда происходит объединение особей в популяции, а популяций в виды.
Основной, элементарной и реально существующей единицей органического мира, или иначе - универсальной формой существования жизни, является вид (от лат. species - взгляд, образ).
Вид - исторически сложившаяся совокупность популяций, особи которых обладают наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, могут свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство, приспособлены к определенным условиям жизни и занимают определенную область - ареал.
Понятие «вид» впервые было введено в конце 17 в. английским ботаником Джоном Реем
Так, например, явно различаются между собой по внешним признакам медведь и волк, в то время как волк, шакал, гиена, лисица внешне более сходны, так как принадлежат к одному семейству - волчьих.
Признаки, по которым один вид можно отличить от другого, называют критериями вида:
1. морфологический критерий- сходство внешнего и внутреннего строения между особями одного вида
2. физиологический критерий сходство всех процессов жизнедеятельности у особей одного вида, прежде всего сходство размножения. Особи разных видов, как правило, не скрещиваются, или потомство их бесплодно. Например, у многих видов мухи дрозофилы сперма особей чужого вида вызывает иммунную реакцию, что приводит к гибели сперматозоидов в половых путях самки. В то же время в природе есть виды, особи которых скрещиваются и дают плодовитое потомство (некоторые виды канареек, зябликов, тополей, ив).
3. Географический критерий основан на том, что каждый вид занимает определенную территорию или акваторию, называемую ареалом. Он может быть большим или меньшим, прерывистым или сплошным. Однако огромное число видов имеет накладывающиеся или перекрывающиеся ареалы. Кроме того, существуют виды, не имеющие четких границ распространения, а также виды-космополиты, обитающие на огромных пространствах суши всех континентов или океана. Например, растения - пастушья сумка, одуванчик лекарственный, виды рдестов, ряски, тростника, животные-синантропы - постельный клоп, рыжий таракан, комнатная муха). Поэтому географический критерий, как и другие, не является абсолютным.
4. Экологический критерий основан на том, что каждый вид может существовать только в определенных условиях, выполняя свойственные ему функции в определенном биогеоценозе. Так, например, лютик едкий произрастает на пойменных лугах, лютик ползучий - по берегам рек и канав, лютик жгучий - на заболоченных местах. Существуют, однако, виды, которые не имеют строгой экологической приуроченности. К ним относятся многие сорные растения, а также виды, находящиеся под опекой человека: комнатные и культурные растения, домашние животные.
5. Генетический (цитоморфологический) критерий основан на различии видов по кариотипам, т.е. числу, форме и размерам хромосом. Для подавляющего большинства видов характерен строго определенный кариотип. Однако и этот критерий не является универсальным. Во-первых, у многих видов число хромосом одинаково и форма их сходна. Например, некоторые виды семейства бобовых имеют 22 хромосомы (2п = 22). Во-вторых, в пределах одного и того же вида могут встречаться особи с разным числом хромосом, что является результатом геномных мутаций (поли- или анеу-плоидия). Например, ива козья может иметь диплоидное (38) или тетра-плоидное (76) число хромосом
6. Биохимический критерий позволяет различать виды по составу и структуре определенных белков, нуклеиновых кислот и др. Особи одного вида имеют сходную структуру ДНК, что обусловливает синтез одинаковых белков, отличающихся от белков другого вида. Вместе с тем у некоторых бактерий, грибов, высших растений состав ДНК оказался очень близким. Следовательно, есть виды-двойники и по биохимическим признакам.
Таким образом, только учет всех или большинства критериев позволяет отличить особей одного вида от другого.
Часть земной поверхности (или акватории), в пределах которой встречается данный вид, называется ареалом .
Размеры ареалов разных видов могут сильно различаться. У наземных малоподвижных видов, распространение которых ограничено какими-нибудь непреодолимыми преградами, ареал может занимать территорию всего в несколько квадратных километров и даже менее. К ним относятся островные или пещерные виды, обитатели горных долин или верхних зон горных хребтов. Например, живородящая рыба голомянка населяет только озеро Байкал, жуки жужелицы-брызгуны обитают на Кавказе в пределах одного - двух хребтов. Виды, имеющие узкий ареал распространения, называются эндемичными, или эндемиками.
Другие виды имеют обширные ареалы, нередко располагающиеся на нескольких материках. Например, на всех континентах встречаются жуки-навозники, соколы-сапсаны. Огромный ареал имеют подвижные морские животные - кашалот, серый дельфин, синий кит, касатка. Такое же широкое распространение свойственно многим растениям и животным, сопровождающим человека, - синантропным видам (вши, блохи, тараканы, крысы). Виды, ареалы которых расположены в пределах всех континентов, называются всесветными, или космополитами.
Главными причинами, которые влияют на формирование и особенности структуры ареала, являются экологическая пластичность вида, его способность к расселению и исторический возраст.
Популяция - структурная единица вида. Ареалов, сплошь заселенных тем или иным видом, в природе не существует. В пределах ареала особи данного вида осваивают лишь подходящие для их жизни место обитания. Степень заполнения занимаемого пространства у разных видов различна. Но всегда в нем выделяются «пустоты» и скопления. Иными словами, ареал состоит из более или менее многочисленных участков, на которых и встречается определенный вид
Численность особей в таких группах может значительно увеличиваться при благоприятных условиях и снижаться при неблагоприятных, однако они имеют шансы к длительному существованию на данной территории. Такие группировки (совокупности) особей одного вида, длительно населяющих определенную часть ареала, свободно скрещивающихся друг с другом и дающих плодовитое потомство, относительно обособленные от других совокупностей этого же вида, называются популяцией (от лат. populus - народ, население).
Каждая популяция любого вида как биологическая система обладает определенной структурой. Под структурой популяции понимается определенное количественное соотношение особей, отличающихся по морфологическим и физиологическим признакам, возрасту, полу, характеру распределения в пространстве и другим свойствам.
Основными параметрами популяции являются, прежде всего, ее численность и плотность.
Численность - общее количество особей в популяции. Она не бывает постоянной, так как изменчивы условия среды обитания популяции. Численность популяции зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. В процессе размножения происходит рост популяции, смертность же приводит к сокращению ее численности. Для каждой популяции есть верхний и нижний пределы численности, которые можно измерить, изучая ее сезонные и межгодовые изменения.
Плотность популяции - это количество особей или их биомасса на единицу площади или объема (например, 150 растений сосны на 1 га; 0,5 циклопа на 1 м 3 воды). Плотность популяции также изменчива и зависит от численности. При возрастании численности плотность не увеличивается лишь в том случае, если возможно расселение популяции, расширение ее ареала.
Повышение плотности сверх оптимальной неблагоприятно сказывается на состоянии популяции, поскольку при этом иссякает кормовая база, сокращается жизненное пространство и т.д.
Падение плотности ниже оптимальной приводит к ослаблению защитных реакций популяции, снижает ее плодовитость, что в конечном итоге может привести к вымиранию популяции.
Возрастная структура отражает соотношение различных возрастных групп в популяции, а также сезонную и межгодовую динамику этого соотношения. В популяции обычно выделяют три экологических возраста: предрепродуктивный (до размножения), репродуктивный (в период размножения) и пострепродуктивный (после размножения).
Любая популяция представляет собой непрерывный поток поколений благодаря обмену генами, который происходит в результате скрещивания особей друг с другом. Признаки, появившиеся в ходе независимого комбинирования генов, определяют формирование фенотипа организмов и обусловливают изменчивость в популяции. В ходе естественного отбора адаптивные фенотипы сохраняются, а неадаптивные исчезают. Так формируется генетическая реакция всей популяции, которая определяет выживание данного вида. Только те особи популяции, которые выжили и оставили потомство, вносят вклад в будущее своего вида.
Популяция включает огромное количество разнообразных генов, которые образуют ее генофонд. Каждый ген может существовать в нескольких формах называемых аллелями. Число особей в конкретной популяции, несущих определенный аллель, определяет частоту данного аллеля.
Численность популяций не остается постоянной, так как меняются условия их существования. Возникающие изменения численности популяций во времени называются динамикой численности
Живые организмы встречаются на Земле не в любых случайных сочетаниях, как независимые особи, а образуют закономерные комплексы (сообщества). Впервые на возможность выделения таких сообществ обратил внимание немецкий биолог Карл Август Мёбиус (1825- 1908). В 1877 г. он предложил для обозначения комплекса живых организмов, постоянно встречающихся вместе, при наличии одинаковых условий существования, термин биоценоз (от греч. bios - жизнь и koinos - общий, делать что-либо общим).
Биоценоз - это исторически сложившаяся группировка растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (участок суши или водоема) .
Итак, каждый биоценоз состоит из определенной совокупности живых организмов, относящихся к разным видам. Но мы знаем, что особи одного вида объединяются в природные системы, которые называются популяциями. Поэтому биоценоз может быть определен также и как совокупность популяций всех видов живых организмов, заселяющих общие места обитания.
В состав биоценоза входят совокупность растений на определенной территории - фитоценоз (от греч. phyton - растение), совокупность животных, проживающих в пределах фитоценоза, - зооценоз (от греч. zoon - животное), микробоценоз - совокупность микроорганизмов, населяющих почву, и микоценоз (от греч. mykes - гриб) - совокупность грибов. Примерами биоценозов являются лиственный, еловый, сосновый или смешанный лес, луг, болото и т.д.
Каждый биоценоз развивается в пределах однородного пространства, которое характеризуется определенным сочетанием абиотических факторов, таких как количество приходящей солнечной радиации, температура, влажность, химический и механический состав почвы, ее кислотность, рельеф местности и др. Такое однородное пространство (часть абиотической среды), занимаемое биоценозом, называется биотоп. Это может быть какой-либо участок суши или водоема, берег моря или склон горы. Биотоп - это неорганическая среда, которая является необходимым условием существования биоценоза. Между биоценозом и биотопом существует тесное взаимодействие.
Масштабы биоценозов могут быть различны - от сообществ подушек лишайников на стволах деревьев, моховых кочек на болоте или разлагающегося пня до населения целых ландшафтов. Так, на суше можно выделить биоценоз суходольного (незаливаемого водой) луга, биоценоз сосняка-беломошника, биоценоз ковыльной степи, биоценоз пшеничного поля и т.д.
В водной среде биоценозы обычно выделяют в соответствии с экологическими подразделениями водоемов - биоценоз прибрежных песчанистых или
илистых грунтов, биоценоз приливной зоны моря, биоценоз крупных водных растений прибрежной зоны озера, биоценоз пресного водоема и т.д. (рис. 2.2).
В конкретный биоценоз включаются не только организмы, постоянно обитающие на определенной территории, но и те, которые оказывают существенное воздействие на его жизнь, хоть и обитают в других биоценозах.
Например, многие насекомые размножаются в водоемах, где являются важным источником питания рыб и некоторых других животных. В молодом возрасте они входят в состав водного биоценоза, а во взрослом состоянии ведут наземный образ жизни, т.е. выступают как элементы сухопутных биоценозов. Зайцы могут питаться на лугу, а обитать в лесу. То же касается и многих видов лесных птиц, которые ищут себе пропитание не только в лесу, а и на прилегающих лугах или болотах.
Каждый биоценоз можно описать, основываясь на совокупности составляющих его видов. Видовое разнообразие различных биоценозов разное, что обусловлено их разным географическим положением. Установлено: оно уменьшается по направлению от тропиков в сторону высоких широт, что объясняется ухудшением условий жизни организмов.
Если какой-либо вид растения (или животного) количественно преобладает в сообществе (имеет большую биомассу, продуктивность или численность), то такой вид называется доминантным, или доминирующим.
Виды распределяются в пространстве в соответствии с их потребностями и условиями местообитания. Такое распределение в пространстве видов, составляющих биоценоз, называется пространственной структурой биоценоза . Различают вертикальную и горизонтальную структуру биоценоза.
Вертикальная структура биоценоза образована отдельными его элементами, особыми слоями, которые называются ярусами. Ярус - совместно произрастающие группы видов растении, различающиеся по высоте и положению в биоценозе ассимилирующих органов (листья, стебли, подземные органы - клубни, корневища, луковицы и т.п.). Как правило, разные ярусы образованы разными жизненными формами (деревьями, кустарниками, кустарничками, травами, мхами).
Ярусность наблюдается также в биоценозах океанов и морей. Разные виды планктона держатся на разной глубине, в зависимости от освещения, а разные виды рыб - в зависимости от того, где они находят себе пропитание.
Живые организмы распределены в пространстве неравномерно. Обычно они составляют группировки, что является приспособительным фактором в их жизни. Такие группировки организмов определяют горизонтальную структуру биоценоза.
Особи разных видов существуют в биоценозах не изолированно; они вступают между собой в разнообразные прямые и косвенные отношения. Прямые отношения разделяют на четыре типа: трофические, топические, форические, фабрические.
Трофические отношения возникают тогда, когда один вид в биоценозе питается другим (либо мертвыми остатками особей этого вида, либо продуктами их жизнедеятельности). Божья коровка, питающаяся тлей, корова на лугу, поедающая сочную траву, волк, охотящийся на зайца, - это все примеры прямых трофических связей между видами.
Топические отношения характеризуют изменение условий обитания одного вида в результате жизнедеятельности другого. Ель, затеняя почву, вытесняет светолюбивые виды из-под своей кроны, ракообразные поселяются на коже китов, мхи и лишайники располагаются на коре деревьев. Все эти организмы связаны друг с другом топическими связями.
Форические отношения - участие одного вида в распространении другого. В этой роли обычно выступают животные, переносящие семена, споры, пыльцу растений. Так, обладающие цепляющимися шипами семена лопуха или череды могут захватываться шерстью крупных млекопитающих и переноситься на большие расстояния.
Фабрические отношения - тип связей, при которых особи одного вида используют для своих сооружений продукты выделения, мертвые остатки либо даже живых особей другого вида. Например, птицы строят гнезда из сухих веточек, травы, шерсти млекопитающих и т.п. Личинки ручейников для строительства своих домиков используют кусочки корыпесчинки, обломки раковин или же сами раковины с живыми моллюсками мелких видов.
Биогеоценоз - это совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, почвы и атмосферы на однородном участке суши, которые объединены обменом веществ и энергии в единый природный комплекс. Важной особенностью биогеоценоза является то, что он связан с определенным участком земной поверхности. Биогеоценоз - это один из вариантов наземной экосистемы.