Почему нет уровня организации живого ниже молекулярного. Уровни организации живого
УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО
Различают молекулярный, клеточный, тканевой, органный, организменный, популяционный, видовой, биоценотический и глобаль- ный (биосферный) уровни организации живого. На всех этих уровнях проявляются все свойства, характерные для живого. Каждый из этих уровней характеризуется особенностями, присущими другим уровням, но каждому уровню присущи собственные специфические особенности.
Молекулярный уровень. Этот уровень является глубинным в организации живого и представлен молекулами нуклеиновых кислот, белков, углеводов, липидов и стероидов, находящихся в клетках и получивших название биологических молекул. На этом уровне зачинаются и осуществляются важнейшие процессы жизнедеятельно- сти (кодирование и передача наследственной информации, дыхание, обмен веществ и энергии, изменчивость и др.). Физико-химическая специфика этого уровня заключается в том, что в состав живого входит большое количество химических элементов, но основная масса живого представлена углеродом, кислородом, водородом и азотом. Из группы атомов образуются молекулы, а из последних формируются сложные химические соединения, различающиеся по строению и функциям. Большинство этих соединений в клетках представлены нуклеиновыми кислотами и белками, макромолекулы которых являются полимерами, синтезированными в результате образования мономеров и соединения последних в определенном порядке. Кроме того, мономеры макромолекул в пределах одного и того же соединения имеют одинаковые химические группировки и соединены с помощью химических связей между атомами, их неспецифи-
ческих частей (участков). Все макромолекулы универсальны, так как построены по одному плану независимо от их видовой принадлежности. Являясь универсальными, они одновременно и уникальны, ибо их структура неповторима. Например, в состав нуклеотидов ДНК входит по одному азотистому основанию из четырех известных (аденин, гуанин, цитозин или тимин), вследствие чего любой нуклеотид неповторим по своему составу. Неповторима также и вторичная структура молекул ДНК.
Биологическая специфика молекулярного уровня определяется функциональной специфичностью биологических молекул. Например, специфичность нуклеиновых кислот заключается в том, что в них закодирована генетическая информация о синтезе белков. Более того, эти процессы осуществляются в результате одних и тех же этапов метаболизма. Например, биосинтезы нуклеиновых кислот, аминокислот и белков протекают по сходной схеме у всех организмов. Универсальными являются также окисление жирных кислот, гликолиз и другие реакции.
Специфичность белков определяется специфической последовательностью аминокислот в их молекулах. Эта последовательность определяет далее специфические биологические свойства белков, так как они являются основными структурными элементами клеток, катализаторами и регуляторами реакций в клетках. Углеводы и липиды служат важнейшими источниками энергии, тогда как стероиды имеют значение для регуляции ряда метаболических процессов.
На молекулярном уровне осуществляется превращение энергии - лучистой энергии в химическую, запасаемую в углеводах и других химических соединениях, а химической энергии углеводов и других молекул - в биологически доступную энергию, запасаемую в форме макроэргических связей АТФ. Наконец, здесь происходит превращение энергии макроэргических фосфатных связей в работу - механическую, электрическую, химическую, осмотическую. Механизмы всех метаболических и энергетических процессов универсальны.
Биологические молекулы обеспечивают также преемственность между молекулами и следующим за ним уровнем (клеточным), так как являются материалом, из которого образуются надмолекулярные структуры. Молекулярный уровень является «ареной» химических реакций, которые обеспечивают энергией клеточный уровень.
Клеточный уровень. Этот уровень организации живого представлен клетками, действующими в качестве самостоятельных организ-
мов (бактерии, простейшие и др.), а также клетками многоклеточных организмов. Главнейшая специфическая черта этого уровня заключается в том, что с него начинается жизнь. Будучи способными к жизни, росту и размножению, клетки являются основной формой организации живой материи, элементарными единицами, из которых построены все живые существа (прокариоты и эукариоты). Между клетками растений и животных нет принципиальных различий по структуре и функциям. Некоторые различия касаются лишь строения их мембран и отдельных органелл. Заметные различия в строении есть между клетками-прокариотами и клеткамиэукариотами, но в функциональном плане эти различия нивелируются, ибо везде действует правило «клетка от клетки».
Специфичность клеточного уровня определяется специализацией клеток, существованием клеток в качестве специализированных еди- ниц многоклеточного организма. На клеточном уровне происходит разграничение и упорядочение процессов жизнедеятельности в пространстве и во времени, что связано с приуроченностью функций к разным субклеточным структурам. Например, у клеток-эукариотов значительно развиты мембранные системы (плазматическая мембра- на, цитоплазматическая сеть, пластинчатый комплекс) и клеточные органеллы (ядро, хромосомы, центриоли, митохондрии, пластиды, лизосомы, рибосомы). Мембранные структуры являются «ареной» важнейших жизненных процессов, причем двухслойное строение мембранной системы значительно увеличивает площадь «арены». Кроме того, мембранные структуры обеспечивают пространственное разделение в клетках многих биологических молекул, а их физическое состояние позволяет осуществлять постоянное диффузное движение некоторых из содержащихся в них молекул белков и фосфолипидов. Таким образом, мембраны являются системой, компоненты которой находятся в движении. Для них характерны различные перестройки, что определяет раздражимость клеток - важнейшее свойство живого.
Тканевой уровень. Данный 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, кровь, нервная и репродуктивная). У рас-
тений различают меристематическую, защитную, основную и проводящую ткани. На этом уровне происходит специализация клеток.
Органный уровень. Представлен органами организмов. У растений и животных органы формируются за счет разного количества тканей. У простейших пищеварение, дыхание, циркуляция веществ, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счет различных органелл. У более совершенных организмов имеются системы органов. Для позвоночных характерна цефализация, заклю- чающаяся в сосредоточении важнейших нервных центров и органов чувств в голове.
Организменный уровень. Данный уровень представлен самими организмами - одноклеточными и многоклеточными организмами растительной и животной природы. Специфическая особенность организменного уровня заключается в том, что на этом уровне происходят декодирование и реализация генетической информации, создание структурных и функциональных особенностей, присущих организмам данного вида.
Видовой уровень. Данный уровень определяется видами растений и животных. В настоящее время насчитывают около 500 тыс. видов растений и около 1,5 млн видов животных, представители которых характеризуются самым различным местообитанием и занимают разные экологические ниши. Вид является также единицей классификации живых существ.
Популяционный уровень. Растения и животные не существуют изолированно; они объединены в популяции, которые характеризуются определенным генофондом. В пределах одного и того же вида может насчитываться от одной до многих тысяч популяций. В популяциях осуществляются элементарные эволюционные преобразования, происходит выработка новой адаптивной формы.
Биоценотический уровень. Представлен биоценозами - сообществами организмов разной видовой принадлежности. В таких сообществах организмы разных видов в той или иной мере зависят один от другого. В ходе исторического развития сложились биогеоценозы (экосистемы), которые представляют собой системы, состоящие из взаимозависящих сообществ организмов и абиотических факторов среды. Экосистемам присуще подвижное равновесие между организмами и абиотическими факторами. На том уровне осуществляются вещественно-энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью организмов.
Глобальный (биосферный) уровень. Данный уровень является высшей формой организации живого (живых систем). Он представлен биосферой. На этом уровне осуществляется объединение всех вещественно-энергетических круговоротов в единый гигантский биосферный круговорот веществ и энергии.
Между разными уровнями организации живого существует диалектическое единство. Живое организовано по типу системной организации, основу которой составляет иерархичность систем. Переход от одного уровня к другому связан с сохранением функциональных механизмов, действующих на предшествующих уровнях, и сопровождается появлением структуры и функций новых типов, а также взаимодействия, характеризующегося новыми особенностями, т. е. появляется новое качество.
Все живые существа на планете подразделяются по различным группам и системам. Об этом рассказывает ученику биология еще в начальных классах средней школы. Сейчас же хочется весьма подробно изучить уровни организации живой природы, в итоге представив все полученные знания в краткой и удобной для понимания таблице.
Немного об уровнях
Если говорить в общем, то наука насчитывает 8 таких уровней. Но по какому же принципу происходит деление? Тут все просто: каждый последующий уровень имеет в своем составе все предыдущие. То есть он больше и существеннее, объемнее и полнее.
Уровень первый - молекулярный
Подробно данный уровень изучает молекулярная биология. О чем же тут идет речь? Каково строение белков, какие функции они выполняют, что такое нуклеиновые кислоты и их работа в генетике, синтез белка, РНК и ДНК - всеми этими процессами и нагружен молекулярный уровень. Именно тут начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности всех организмов: обмен веществ, выработка энергии, необходимой для существования, и т. д. Ученые утверждают, что данный уровень сложно назвать живым, он, скорее, считается химическим.
Уровень второй - клеточный
Чем же интересен клеточный уровень организации живой природы? Он следует за молекулярным и, как становится понятно уже из названия, занимается клетками. Биологию этих частичек изучает такая наука, как цитология. Сама по себе клетка - это мельчайшая неделимая частица в организме человека. Тут рассматриваются все процессы, которые связаны непосредственно с жизнедеятельностью клетки.
Уровень третий - тканевый
Специалисты данный уровень называют еще и многоклеточным. И это неудивительно. Ведь, по сути, ткань - это совокупность клеток, которые имеют почти одинаковое строение и схожие функции. Если же говорить о тех науках, которые изучают этот уровень, то тут речь идет о все той же гистологии, а также гистохимии.
Уровень четвертый - органный
Рассматривая уровни организации живой природы, нужно также рассказать и об органном. Чем же он особенен? Так, из тканей формируются органы у многоклеточных организмов и органеллы - у одноклеточных. Науки, которые занимаются этими вопросами, - анатомия, эмбриология, физиология, ботаника и зоология.
Нужно также отметить, что, изучая уровни организации живой природы, специалисты иногда объединяют в одну главу тканевый и организменный. Ведь они весьма тесно связаны друг с другом. В таком случае речь идет об органотканевом уровне.
Пятый уровень - организменный
Следующий уровень носит название в науке «организменный». Чем же он отличается от предыдущих? Помимо того что он включает в свой состав предыдущие уровни организации живой природы, так еще тут происходит деление на царства - животных, растений, а также грибов. Занимается он следующими процессами:
- Питание.
- Размножение.
- Обмен веществ (как и на клеточном уровне).
- Взаимодействие не только между организмами, но и с окружающей средой.
На самом деле функций еще очень и очень много. Этим разделом занимаются такие науки, как генетика, физиология, анатомия, морфология.
Шестой уровень - популяционно-видовой
Тут также все просто. Если некоторые организмы имеют морфологическую схожесть, то есть они примерно одинаково устроены и имеют схожий генотип, ученые их объединяют в один вид или же популяцию. Главные процессы, которые тут происходят, - это макроэволюция (то есть изменение организма под воздействием окружающей среды), а также взаимодействие между собой (это может быть как борьба за выживание, так и размножение). Изучением этих процессов занимается экология и генетика.
Седьмой уровень - биогеоценотический
Название трудновыговариваемое, но вполне простое. Происходит от слова биогеоценоз. Тут уже рассматриваются множественные процессы, в которых происходит взаимодействие организмов. Речь идет и о пищевых цепочках, о конкуренции и размножении, о взаимовлиянии организмов и окружающей среды друг на друга. Данными вопросами занимается такая наука, как экология.
Последний, восьмой уровень - биосферный
Тут уже биология призвана решать все глобальные проблемы. Ведь по сути биосфера - это огромнейшая экосистема, где происходит круговорот химических элементов и веществ, процессы превращения энергии для обеспечения жизнедеятельности всего живого на земле.
Простые выводы
Рассмотрев все уровни структурной организации живой природы, а их, как стало понятно, 8, можно представить себе картину всего живого на земле. Ведь только структурировав свои знания, можно основательно уяснить суть вышеописанного.
Организменный | Либо особь, либо организм | Происходят процессы дифференцировки |
Популяционно-видовой | Популяция | Происходят процессы изменения генотипа в оной популяции |
Биогеоценотически-биосферный | Биогеоценоз | Происходит круговорот веществ |
Молекулярно-генетический | Деятельность - перенос генетической информации внутри клеток |
Как легче всего представить уровни организации живой природы? Таблица - вот что отлично иллюстрирует любой материал. Но для облегчения понимания ученые частенько в таблицу выносят всего лишь 4 объединенных уровня, представленных выше.
Рассмотрите рисунки 5-9. Из каких частей состоят такие биологические системы, как клетка, орга низм, сообщество организмов? Вспомните, какие химические соединения входят в состав организмов.
Рис. 5. Молекулярно-генетический уровень
Окружающая нас живая природа представляет собой биологические системы разных уровней организации и сложности. По наличию специфических структурно-функциональных единиц жизни и процессов, происходящих с ними, можно выделить шесть основных уровней живой природы: молекулярно-генетический, органоид-но-клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный (рис. 5-10).
Любая биологическая система всегда состоит из молекул нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, а также других соединений. Структурно-функциональной единицей этого уровня организации жизни является ген - участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), несущий наследственную информацию о структуре одного белка.
На молекулярно-генетическом уровне протекают важнейшие процессы жизнедеятельности - кодирование, передача и реализация наследственной информации. На этом же уровне организации жизни осуществляется процесс изменения наследственной информации.
Структурно-функциональной единицей этого уровня организации жизни служит клетка. Из клеток и межклеточного вещества состоят ткани, а ткани образуют органы и системы органов. Отдельная клетка состоит из органоидов - внутриклеточных структур, образованных молекулами органических и неорганических веществ.
Рис. 6. Органоидно-клеточный уровень
На органоидно-клеточном уровне протекают важнейшие процессы жизнедеятельности: обмен веществ и превращение энергии в клетке, ее рост, развитие и деление. Следует подчеркнуть, что клетка, которая может выступать и как целостный организм, т. е. самостоятельная и автономная живая система.
Структурно-функциональная единица этого уровня организации жизни - организм. Он может быть одноклеточным, многоклеточным, или представлять из себя колонию.
На организменном уровне протекают процессы жизнедеятельности, обеспечивающие существование каждой особи как самостоятельной живой системы - питание, дыхание, выделение, размножение, рост, развитие и др. Целостность этой системы, т. е. организма, поддерживается взаимосвязью образующих его частей, выполняющих различные функции.
На этом же уровне организации жизни происходит реализация генетической программы организма и его самовоспроизведение. Взаимодействие со средой приводит к появлению у организмов изменчивости. Размножение организмов, осуществляющееся разными путями, обеспечивает не только самовоспроизведение жизни на этом уровне, но и комбинирует признаки родительских особей, участвовавших в размножении, в соответствии с законами наследственности.
Структурно-функциональной единицей этого уровня организации жизни служит вид организма, представленный в природе живущими на определенной территории особями, связанными родственными связями - популяциями. В популяциях на основе наследственной изменчивости выживают наиболее приспособленные особи, обладающие полезными при определенных условиях признаками. От этих особей постепенно в ходе исторического развития органического мира образуются новые виды организмов, т. е. происходит видообразование.
Рис. 7. Организменный уровень
Популяции разных видов растений, животных, грибов и микроорганизмов вместе с условиями неживой среды, например светом, влагой, воздухом, образуют биогеоценоз. В нем между живыми организмами и неживой природой устанавливаются различные взаимосвязи. В результате изменений, вызванных деятельностью живых организмов или влиянием неживой природы, постепенно одни биогеоценозы превращаются в другие, т. е. происходят их развитие и смена.
Рис. 8. Популяционно-видовой уровень
Все биогеоценозы нашей планеты образуют - биосферу, т. е. оболочку Земли, населенную и активно преобразуемую организмами. В ней происходят глобальные биогеохимические циклы (круговороты веществ и потоки энергии), а также изменения, связанные с эволюцией живой природы и вызванные деятельностью человека.
Рис. 9. Биогеоценотический уровень
Таким образом, жизнь на нашей планете представляет собой открытые для веществ, энергии и информации саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы различного ранга (ген, клетка, организм, вид, популяция, биогеоценоз, биосфера), объединенные происходящими в них процессами жизнедеятельности и развития.
Рис. 10. Биосферный уровень
Упражнения по пройденному материалу
- На основании чего в современной науке сложилось представление об уровнях организации жизни?
- Что является структурно-функциональной единицей каждого уровня организации жизни?
- Какие про цессы жизнедеятельности происходят на каждом уровне организации жизни?
Для которой свойственна организация с четкой иерархией. Именно это свойство и отражают так называемые уровни организации жизни. В такой системе все части четко расположены, начиная от низшего порядка к высшему.
Уровни организации жизни - это иерархическая система с соподчиненными порядками, которая отображает не только характер биосистем, но и их постепенное усложнение в отношении друг к другу. На сегодняшний день принято выделять восемь основных уровней
Кроме того, выделяют следующие системы организации:
1. Микросистема - это некая доорганизменная ступень, которая включает в себя молекулярные и субклеточные уровни.
2. Мезосистема - это следующая, организменная ступень. Сюда относят клеточный, тканевой, органный, системный и организменные уровни организации жизни.
Существуют также и макросистемы, которые представляют собой надорганизменную совокупность уровней.
Стоит также отметить, что каждый уровень имеет собственные характеристики, которые и будут рассмотрены ниже.
Доорганизменные уровни организации жизни
Здесь принято выделять две основных ступени:
1. Молекулярный уровень организации жизни - представляет собой уровень работы и организации биологических макромолекул, включая белки, нуклеиновые кислоты, липиды и полисахариды. Именно здесь начинаются самые важные процессы жизнедеятельности любого организма - клеточное дыхание, превращение энергии, а также передача генетической информации.
2. Субклеточный уровень - сюда можно отнести организацию клеточных органелл, каждая из которых исполняет важную роль в существовании клетки.
Организменные уровни организации жизни
К этой группе можно отнести те системы, которые обеспечивают целостную работу всего организма. Принято выделять следующие:
1. Клеточный уровень организации жизни . Ни для кого не секрет, что именно клетка является структурной единицей любого Этот уровень изучается с помощью цитологических, цитохимических, цитогенетических и
2. Тканевый уровень . Здесь основное внимание стоит уделить строению, особенностям и функционированию разного рода тканей, из которых, собственно, и состоят органы. Исследованиями этих структур занимаются гистология и гистохимия.
3. Органный уровень . характеризируются новым уровнем организации. Здесь некоторые группы тканей объединяются, образовывая целостную структуру со специфическими функциями. Каждый орган является частью живого организма, но не может самостоятельно существовать вне его. Этот уровень изучают такие науки, как физиология, анатомия и в некой мере эмбриология.
Организменный уровень представляет собой как одноклеточные, так и многоклеточные организмы. Ведь каждый организм является целостной системой, внутри которой осуществляются все важные для жизнедеятельности процессы. Кроме того, во внимание берутся и процессы оплодотворения, развития и роста, а также старения отдельного организма. Изучением этого уровня занимаются такие науки, как физиология, эмбриология, генетика, анатомия, палеонтология.
Надорганизменные уровни организации жизни
Здесь во внимание берутся уже не организмы и их структурные части, а определенная совокупность живых существ.
1. Популяционно-видовой уровень . Основной единицей здесь является популяция - совокупность организмов определенного вида, которая заселяет четко ограниченную территорию. Все особи способны к свободному скрещиванию друг с другом. В исследовании этого уровня участвую такие науки, как систематика, экология, генетика популяций, биогеография, таксономия.
2. Экосистемный уровень - здесь во внимание берется устойчивое сообщество разных популяций, существование которых тесно связано между собой и зависит от климатических условий и т. д. В основном изучением такого уровня организации занимается экология
3. Биосферный уровень - это высшая форма организации жизни, которая представляет собой глобальный комплекс биогеоценозов всей планеты.
Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить ее на ряд уровней. Уровень организации живой материи — это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерархии живого.
Выделяют следующие уровни организации живой материи.
- Молекулярный (молекулярно-генетический) уровень . На этом уровне живая материя организуется в сложные высокомолекулярные органические соединения , такие как белки, нуклеиновые кислоты и др.
- Субклеточный (надмолекулярный) уровень . На этом уровне живая материя организуется в органоиды : хромосомы, клеточную мембрану, эндоплазматическую сеть, митохондрии, аппарат Гольджи, лизосомы, рибосомы и другие субклеточные структуры.
- Клеточный уровень . На этом уровне живая материя представлена клетками. Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живого.
- Органно-тканевой уровень . На этом уровне живая материя организуется в ткани и органы. Ткань — совокупность клеток, сходных по строению и функциям, а также связанных с ними межклеточных веществ. Орган — часть многоклеточного организма, выполняющая определенную функцию или функции.
- Организменный (онтогенетический) уровень . На этом уровне живая материя представлена организмами. Организм (особь, индивид) — неделимая единица жизни, ее реальный носитель, характеризующийся всеми ее признаками.
- Популяционно-видовой уровень . На этом уровне живая материя организуется в популяции. Популяция — совокупность особей одного вида, образующих обособленную генетическую систему, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Вид — совокупность особей (популяций особей), способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и занимающих в природе определенную область (ареал).
- Биоценотический уровень . На этом уровне живая материя образует биоценозы. Биоценоз — совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.
- Биогеоценотический уровень . На этом уровне живая материя формирует биогеоценозы. Биогеоценоз — совокупность биоценоза и абиотических факторов среды обитания (климат, почва).
- Биосферный уровень . На этом уровне живая материя формирует биосферу. Биосфера — оболочка Земли, преобразованная деятельностью живых организмов.
Необходимо отметить, что биогеоценотический и биосферный уровни организации живой материи выделяют не всегда, поскольку они представлены биокосными системами, включающими не только живое, но и неживое вещество. Также часто не выделяют субклеточный и органно-тканевой уровни, включая их в клеточный и организменный соответственно.
