Науки изучающие жизнь на молекулярном уровне. Уровни организации живой материи

Свойства живых организмов

1. Обмен веществ и энергии с окружающей средой (главный признак живого).

2. Раздражимость (способность реагировать на воздействия).

3. Размножение (самовоспроизведение).

Уровни организации живой материи

1. Молекулярный - это уровень сложных органических веществ - белков и нуклеиновых кислот. На этом уровне происходят химические реакции обмена веществ (гликолиз, кроссинговер и т.п.), но молекулы сами по себе еще не могут считаться живыми.

2. Клеточный . На этом уровне возникает жизнь , потому что клетка - минимальная единица, обладающая всеми свойствами живого.

3. Органно-тканевой - характерен только для многоклеточных организмов.

4. Организменный - за счет нервно-гуморальной регуляции и обмена веществ на этом уровне осуществляется гомеостаз , т.е. сохранение постоянства внутренней среды организма.

5. Популяционно-видовой . На этом уровне происходит эволюция , т.е. изменение организмов, связанное с приспособлением их к среде обитания под действием естественного отбора. Наименьшей единицей эволюции является популяция.

6. Биогеоценотический (совокупность популяций разных видов, связанных между собой и окружающей неживой природой). На этом уровне происходит

• круговорот веществ и превращение энергии , а так же
• саморегуляция , за счет которой поддерживается устойчивость экосистем и биогеоценозов.

7. Биосферный . На этом уровне происходит

• глобальный круговорот веществ и превращение энергии , а так же
• взаимодействие живого и неживого вещества планеты.

Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. На каких уровнях организации живого изучают значение фотосинтеза в природе?
1) биосферном
2) клеточном
3) биогеоценотическом
4) молекулярном
5) тканево-органном

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Какой уровень организации живой природы представляет собой совокупность популяций разных видов, связанных между собой и окружающей неживой природой
1) организменный
2) популяционно-видовой
3) биогеоценотический
4) биосферный

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Генные мутации происходят на уровне организации живого
1) организменном
2) клеточном
3) видовом
4) молекулярном

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Элементарная структура, на уровне которой проявляется в природе действие естественного отбора
1) организм
2) биоценоз
3) вид
4) популяция

Ответ

Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие признаки служат сходными для живых и неживых объектов природы?
1) клеточное строение
2) изменение температуры тела
3) наследственность
4) раздражимость
5) перемещение в пространстве

Ответ

Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. На каких уровнях организации живого изучают особенности реакций фотосинтеза у высших растений?
1) биосферном
2) клеточном
3) популяционно-видовом
4) молекулярном
5) экосистемном

Ответ

Ниже приведен перечень понятий. Все они, кроме двух, являются уровнями организации живого. Найдите два понятия, «выпадающих» из общего ряда, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) биосферный
2) генный
3) популяционно-видовой
4) биогеоценотический
5) биогенный

Ответ

1. Установите, в какой последовательности располагаются уровни организации живого. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) популяционный
2) клеточный
3) видовой
4) биогеоценотический
5) молекулярно-генетический
6) организменный

Ответ

2. Установите последовательность усложнения уровней организации живого. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) биосферный
2) клеточный
3) биогеоценотический
4) организменный
5) популяционно-видовой

Ответ

3. Расположите в правильном порядке уровни организации жизни, начиная с наименьшего.
1) биоценоз
2) популяция
3) нейрон
4) многоклеточный организм
5) биосфера

Ответ

1. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Клеточный уровень организации совпадает с организменным у
1) бактериофагов
2) амёбы дизентерийной
3) вирус полиомиелита
4) кролика дикого
5) эвглены зелёной

Ответ

2. Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Клеточному и организменному уровням организации жизни одновременно соответствуют.
1) гидра пресноводная
2) спирогира
3) улотрикс
4) амеба дизентерийная
5) цианобактерия

Ответ

3. Выберите два верных ответа. У каких организмов совпадают клеточный и организменный уровни жизни?
1) серобактерия
2) пеницилл
3) хламидомонада
4) пшеница
5) гидра

Ответ

Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Одна амеба обыкновенная одновременно находится на:
1) Молекулярном уровне организации жизни
2) Популяционно-видовом уровне организации жизни
3) Клеточном уровне организации жизни
4) Тканевом уровне организации жизни
5) Организменном уровне организации жизни

Ответ

1. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Живое от неживого отличается
1) способностью изменять свойства объекта под воздействием среды
2) способностью участвовать в круговороте веществ
3) способностью воспроизводить себе подобных
4) изменять размеры объекта под воздействием среды
5) способность изменять свойства других объектов

Ответ

2. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие признаки присущи только живому веществу?
1) рост
2) движение
3) самовоспроизведение
4) ритмичность
5) наследственность

Ответ

3. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Для всех живых организмов характерно
1) образование органических веществ из неорганических
2) поглощение из почвы растворённых в воде минеральных веществ
3) активное передвижение в пространстве
4) дыхание, питание, размножение
5) раздражимость

Ответ

4. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие признаки характерны только для живых систем?
1) способность к передвижению
2) обмен веществ и энергии
3) зависимость от температурных колебаний
4) рост, развитие и способность к самовоспроизведению
5) устойчивость и относительно слабая изменчивость

Ответ

Установите соответствие между уровнями организации живого и их характеристиками и явлениями: 1) биоценотический, 2) биосферный. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) процессы охватывают всю планету
Б) симбиоз
В) межвидовая борьба за существование
Г) передача энергии от продуцентов консументам
Д) испарение воды
Е) сукцессия (смена природных сообществ)

Ответ

Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Онтогенез, метаболизм, гомеостаз, размножение происходят на … уровнях организации.
1) клеточном
2) молекулярном
3) организменном
4) органном
5) тканевом

Ответ

Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. На популяционно-видовом уровне организации жизни находятся
1) рыбы озера Байкал
2) птицы Арктики
3) Амурские тигры Приморского края России
4) городские воробьи Парка культуры и отдыха
5) синицы Европы

Ответ

Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Какие из уровней организации жизни являются надвидовыми?
1) популяционно-видовой
2) органоидно-клеточный
3) биогеоценотический
4) биосферный
5) молекулярно-генетический

Ответ

Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Клеточному уровню организации жизни соответствует
1) хламидомонада
2) серобактерия
3) бактериофаг
4) ламинария
5) лишайник

Ответ

Выберите два варианта. Энергетический обмен у обыкновенной амёбы происходит на уровне организации живого
1) клеточном
2) биосферном
3) организменном
4) биогеоценотическом
5) популяционно-видовом

Ответ

Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. На каком уровне организации происходят такие процессы, как раздражимость и обмен веществ?
1) популяционно-видовой
2) организменный
3) молекулярно-генетический
4) биогеоценотический
5) клеточный

Ответ

© Д.В.Поздняков, 2009-2019

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.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ

1. В чем заключается всеобщий методологический подход к пониманию сущности жизни?

2. Можно ли определить сущность жизни, если да, то в чем заключается ее определение?

3. Возможна ли постановка вопроса о субстрате жизни?

4. Назовите свойства живого. Укажите, какие из этих свойств характерны для неживого и какие только для живого?

5. Какое значение для биологии имеет подразделение живого на уровни вообще и для медицины в частности?

6. Какими общими чертами характеризуются разные уровни организации живого?

7. Какое значение для студента-медика имеет изучение проблем, описываемых в этой главе?

8. Почему нуклеопротеиды считают субстратом жизни и при каких условиях они выполняют эту роль?

9. Каковы свойства «мертвого» и «живого»?

10. Обладают ли выделенные из клеток нуклеопротеиды свойствами субстрата жизни?

К 1960-м гг. в биологии сложилось представление об уровнях организации живого как конкретном выражении усложняющейся упорядоченности органического мира. Жизнь на Земле представлена организмами своеобразного строения, принадлежащими к определенным систематическим группам (вид), а также сообществам разной сложности (биогеоценоз, биосфера). В свою очередь, организмы характеризуются органной, тканевой, клеточной и молекулярной организацией. Каждый организм, с одной стороны, состоит из специализированных подчиненных ему систем организации (органов, тканей и т. д.), с другой - сам является относительно изолированной единицей в составе надорганизменных биологических систем (видов, биогеоценозов и биосферы в целом). Уровни организации живой материи представлены на рис. 1

Рис.1. Уровни организации живого

На всех из проявляются такие свойства жизни, как дискретность и целостность. Организм состоит из различных компонентов - органов,но одновременно благодаря их взаимодействию он целостен. Вид также представляет собой целостную систему, хотя его образуют отдельные единицы - особи, однако их взаимодействие и поддерживает целостность вида. Существование жизни на всех уровнях обеспечивается структурой низшего ранга. Например, характер клеточного уровня организации определяется субклеточным и молекулярным уровнями; организменный - органным; тканевым, клеточным; видовой - организменным и т. д. Следует особо отметить большое сходство единиц организации на низших уровнях и все возрастающее различие на высших уровнях (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика уровней организации живого

Вся живая природа представляет собой совокупность биологических систем разного уровня организации и различной соподчинённости.
Под уровнем организации живой материи понимают то функциональное место, которое данная биологическая структура занимает в общей системе организации природы.

Уровень организации живой материи - это совокупность количественных и качественных параметров определенной биологической системы (клетка, организм, популяция и т.д.), которые определяют условия и границы ее существования.

Выделяют несколько уровней организации живых систем, которые отражают соподчинённость, иерархичность структурной организации жизни.

• Молекулярный (молекулярно-генетический) уровень представлен отдельными биополимерами (ДНК, РНК, белками, липидами, углеводами и другими соединениями); на этом уровне жизни изучаются явления, связанные с изменениями (мутациями) и воспроизведением генетического материала, обменом веществ. Этим занимается наука - молекулярная биология.
• Клеточный уровень - уровень, на котором жизнь существует в форме клетки - структурной и функциональной единицы жизни, изучает цитология. На этом уровне изучаются такие процессы, как обмен веществ и энергии, обмен информацией, размножение, фотосинтез, передача нервного импульса и многие другие.

Клетка - структурная единица всего живого.

• Тканевый уровень изучает гистология.

Ткань - это совокупность межклеточного вещества и сходных по строению, происхождению и выполняемым функциям клеток.

• Органный уровень . Орган включает в свой состав несколько тканей.
• Организменный уровень - самостоятельное существование отдельной особи - одноклеточного или многоклеточного организма изучают например, физиология и аутэкология (экология особей). Особь как целостный организм представляет собой элементарную единицу жизни. В другой форме жизнь в природе не существует.

Организм - это реальный носитель жизни, характеризующийся всеми ее свойствами.

• Популяционно-видовой уровень - уровень, который представлен группой особей одного вида - популяцией; именно в популяции происходят элементарные эволюционные процессы (накопление, проявление и отбор мутаций). Этот уровень организации изучают такие науки как демэкология (или популяционная экология), эволюционное учение.

Популяция - это совокупность особей одного вида, длительно существующих на определенной территории, свободно скрещивающихся и относительно изолированных от других особей того же вида.

• Биогеоценотический уровень - представлен сообществами (экосистемами), состоящими из разных популяций и среды их обитания. Этот уровень организации изучает биоценология или синэкология (экология сообществ).

Биогеоценоз - это совокупность всех видов с различной сложностью организации и всех факторов среды их обитания.

• Биосферный уровень - уровень, представляющий совокупность всех биогеоценозов. В биосфере происходит круговорот веществ и превращение энергии с участием организмов.

Различают такие уровни организации живой материи - уровни биологической организации: молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой и экосистемный.

Молекулярный уровень организации - это уровень функционирования биологических макромолекул - биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, стероидов. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности: обмен веществ, превращение энергии, передача наследственной информации . Этот уровень изучают: биохимия, молекулярная генетика, молекулярная биология, генетика, биофизика.

Это уровень клеток (клеток бактерий, цианобактерий, одноклеточных животных и водорослей, одноклеточных грибов, клеток многоклеточных организмов). Клетка - это структурная единица живого, функциональная единица, единица развития. Этот уровень изучают цитология, цитохимия, цитогенетика, микробиология.

Тканевый уровень организации - это уровень, на котором изучается строение и функционирование тканей. Исследуется этот уровень гистологией и гистохимией.

Органный уровень организации - это уровень органов многоклеточных организмов. Изучают этот уровень анатомия, физиология, эмбриология.

Организменный уровень организации - это уровень одноклеточных, колониальных и многоклеточных организмов. Специфика организменного уровня в том, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетической информации, формирование признаков, присущих особям данного вида. Этот уровень изучается морфологией (анатомией и эмбриологией), физиологией, генетикой, палеонтологией.

Популяционно-видовой уровень - это уровень совокупностей особей - популяций и видов . Этот уровень изучается систематикой, таксономией, экологией, биогеографией, генетикой популяций . На этом уровне изучаются генетические и экологические особенности популяций , элементарные эволюционные факторы и их влияние на генофонд (микроэволюция), проблема сохранения видов.

Экосистемный уровень организации - это уровень микроэкосистем, мезоэкосистем, макроэкосистем. На этом уровне изучаются типы питания, типы взаимоотношений организмов и популяций в экосистеме, численность популяций , динамика численности популяций, плотность популяций, продуктивность экосистем, сукцессии. Этот уровень изучает экология.

Выделяют также биосферный уровень организации живой материи. Биосфера - это гигантская экосистема, занимающая часть географической оболочки Земли. Это мега-экосистема. В биосфере происходит круговорот веществ и химических элементов, а также превращение солнечной энергии.