Какие уровни организации живого выделяют в биологии 10 класс что является
Характеристика уровней организации живой материи. Методы биологии
Вопрос 1. Что такое жизнь?
Попытайтесь дать свое определение.
Вопрос 2. Перечислите и охарактеризуйте уровни организации живой материи.
Обычно выделяют восемь уровней организации живого.
Молекулярно-генетический уровень. Это уровень макромолекул: нуклеиновых кислот, углеводов, белков и других органических веществ. На этом уровне начинаются важнейшие биологические процессы: кодирование и передача наследственной информации, обмен веществ, превращение энергии.
Клеточный уровень. Клетка — это структурно-функциональная единица живого. Процессы, происходящие в клетке, лежат в основе роста и развития живых организмов.
Тканевый уровень. Ткань — это совокупность клеток, сходных по строению, происхождению и выполняемой функции. В состав ткани входит также межклеточное вещество.
Органный уровень. Орган — это обособленная часть организма, имеющая определенную форму, строение, расположение и выполняющая конкретную функцию. Орган, как правило, образован несколькими тканями, среди которых одна (реже — две) преобладает.
Организменный (онтогенетический) уровень. Организм — целостная одноклеточная или многоклеточная живая система, способная к самостоятельному существованию и поддержанию гомеостаза (т. е. постоянства внутренней среды). Многоклеточный организм представляет собой совокупность тканей и органов.
Популяционно-видовой уровень. Вид — это совокупность особей, сходных по строению, имеющих общее происхождение, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство. На этом уровне под действием эволюционных факторов осуществляется процесс видообразования. Популяция — это совокупность особей одного вида, в течение достаточно длительного времени (большого числа поколений) населяющих определенную территорию внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других по-добных совокупностей.
Биогеоценотический (экосистемный) уровень. Биогеоценоз — исторически сложившаяся совокупность организмов разных видов, взаимодействующая со всеми факторами их среды обитания.
Биосферный (глобальный) уровень. Биосфера — биологическая система высшего ранга, охватывающая все явления жизни в атмосфере, гидросфере, литосфере и объединяющая все экосистемы в единый комплекс. На этом уровне происходят вещественно-энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.
Вопрос 3. Назовите биологические макромолекулы, входящие в состав живых систем.
Понятие «макромолекула» совпадает с химическим определением полимера. Макромолекулы состоят из большого числа (сотен, тысяч и более) повторяющихся элементов-звеньев. Важнейшими макромолекулами, входящими в состав живых организмов, являются нуклеиновые кислоты, белки и углеводы (полисахариды). К макромолекулам можно отнести также, например, каучук — углеводород, входящий в состав латекса (сока дерева гевеи). Наиболее распространенными на нашей планете макромолекулами являются полисахариды целлюлоза и хитин.
Вопрос 4. Как проявляются свойства живого на различных уровнях организации?
Для всех уровней организации живой материи на Земле характерно единство химического и биохимического состава; обязательно присутствие основных макромолекул. Понятие «макромолекула» совпадает с химическим определением полимера. Макромолекулы состоят из большого числа (сотен, тысяч и более) повторяющихся элементов-звеньев. Важнейшими макромолекулами, входящими в состав живых организмов, являются нуклеиновые кислоты, белки и углеводы (полисахариды). К макромолекулам можно отнести также, например, каучук — углеводород, входящий в состав латекса (сока дерева гевеи). Наиболее распространенными на нашей планете макромолекулами являются полисахариды целлюлоза и хитин. Каждый уровень представляет собой целостную систему, состоящую из взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Наличие этого взаимодействия обеспечивает саморегуляцию системы, ее рост, развитие и общее увеличение биомассы (размножение). Наконец, на любом уровне организации живой материи мы наблюдаем процессы обмена веществ и энергии с окружающей сре-дой, а также способность отвечать на изменения окружающего мира и приспосабливаться к ним. Конечно, клетка и экосистема по-разному отвечают, например, на повышение температуры или сезонные изменения освещенности, но сам принцип реагирования (раздражимости) присущ живой материи на любой ступени ее организации.
Вопрос 5. Какие методы исследования живой материи вы знаете?
Перечислим основные методы исследования живых объектов.
Метод наблюдения и связанный с ним описательный метод основаны на сборе фактического ма-териала. С их применения начинается большинство биологических исследований. Особое значение эти методы имеют, например, для анатомических дисциплин (изучение строения организма человека, растений, животных).
Сравнительный метод позволяет, сопоставляя разные организмы, выявлять их сходство и различие. Благодаря этому методу были заложены основы систематики растений и животных, создана клеточная теория. Исторический метод позволяет выявить закономерности появления организмов, их развития, усложнения структуры и функций. Он имеет ключевое значение для теории эволюции, эмбриологии (науки об индивидуальном развитии организмов).
Экспериментальный метод в настоящее время, пожалуй, наиболее актуален. Ученый, использующий экспериментальный метод, активно влияет на организм, помещая его в те или иные условия, оказывая на него различные воздействия и изучая ответные реакции.
Метод компьютерного моделирования незаменим для исследования биологических процессов, воссоздать которые в реальности очень сложно либо вообще невозможно. С помощью моделирования можно, например, за несколько дней оценить действие на организм сотен лекарственных препаратов и выбрать наиболее эффективный. На аналогичные экспериментальные исследования ушли бы многие месяцы.
Уровни организации живого
Жизнь является многоуровневой системой (от греч. система — объединение, совокупность). Выделяют такие основные уровни организации живого: молекулярный, клеточный, органно-тканевой, организменный, популяционно-видовой, экосистемный, биосферный. Все уровни тесно связаны между собой и возникают один из другого, что свидетельствует о целостности живой природы.
Молекулярный
Это единство химического состава (биополимеры: белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты), химических реакций. С этого уровня начинаются процессы жизнедеятельности организма: энергетический, пластический и прочие обмены, изменение и реализация генетической информации.
Клеточный
Клетка является элементарной структурной единицей живого. Это единица развития всех живых организмов, живущих на Земле. В каждой клетке происходят процессы обмена веществ, преобразования энергии, обеспечивается сохранение, преобразование и передача генетической информации.
Каждая клетка состоит из клеточных структур, органелл, которые выполняют определенные функции, поэтому возможно выделить субклеточный уровень.
Органно-тканевой
Эпителиальные ткани, соединительные ткани, мышечные ткани и нервные клетки
Клетки многоклеточных организмов, которые выполняют подобные функции, имеют одинаковое строение, происхождение, объединяются в ткани. Различают несколько типов тканей, которые имеют отличия в строении и выполняют разные функции (тканевой уровень).
Ткани в разном соединении образуют разные органы, которые имеют определенное строение и выполняют определенные функции (органный уровень).
Органы объединяются в системы органов (системный уровень).
Организменный
Ткани объединяются в органы, системы органов и функционируют как единое целое — организм. Элементарной единицей этого уровня является особь, которая рассматривается в развитии от момента зарождения до конца существования как единая живая система.
Популяционно-видовой
Совокупность организмов (особей) одного вида, имеющего общее место обитания, образует популяции. Популяция является элементарной единицей вида и эволюции, так как в ней происходят элементарные эволюционные процессы, этот и следующие уровни — надорганизменные.
Экосистемный
Совокупность организмов разных видов и уровней организации образует этот уровень. Здесь можно выделить биоценотический и биогеоценотический уровни.
Популяции разных видов взаимодействуют между собой, образуют многовидовые группировки (биоценотический уровень).
Взаимодействие биоценозов с климатическими и другими небиологическими факторами (рельефом, почвой, соленостью и т. п.) приводит к образованию биогеоценозов (биогеоценотический). В биогеоценозах происходит поток энергии между популяциями разных видов и круговорот веществ между его неживой и живой частями.
Биосферный
1 – молекулярный; 2 – клеточный; 3 – организменный; 4 – популяционно-видовой; 5 – биогеоценотический; 6 – биосферный
Представлен частью оболочек Земли, где существует жизнь, — биосферой. Биосфера состоит из совокупности биогеоценозов, функционирует как единая целостная система.
Не всегда можно выделить весь перечисленный набор уровней. Например, у одноклеточных клеточный и организменный уровни совпадают, а органно-тканевой уровень отсутствует. Иногда можно выделить дополнительные уровни, например, субклеточный, тканевой, органный, системный.
Уровни организации живой материи
Урок 5. Общая биология 10 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Уровни организации живой материи»
Самое первое, с чего обычно начинается изучение новой темы по биологии – это строение. Потому что, не изучив строение, мы вряд ли сможем разобраться с функциями чего-либо.
Вот и вся живая природа или даже можно сказать жизнь на Земле имеет определённое строение. А не только, к примеру, наше сердце с четырьмя камерами, разделёнными клапанами или клетки листьев ромашки с хлоропластами внутри.
Причём упорядоченное строение имеют не только отдельные организмы, начиная от одноклеточных и заканчивая многоклеточными, но и их совокупности. Например, группа особей, свободно скрещивающихся между собой и занимающих определённую территорию, уже образует систему – популяцию. Этой системы физически не существует, и мы не можем её потрогать, но зато такая совокупность особей обладает определёнными свойствами: рождаемостью, соотношением полов, скоростью размножения и так далее. Которых, в свою очередь, не существует на уровне отдельных организмов. Таким образом, свойства системы – популяции в нашем случае – не сводятся к сумме составляющих её частей. Они могут быть даже противоположными – теоретически бессмертная при благоприятных условиях популяция состоит из совсем не теоретически, а очень даже практически смертных особей.
Упорядоченное строение всей живой природы в целом достаточно условно. Примерно так же, как и разделение всех живых организмов на группы, – классификация. Но в то же время оно общепринято и в любом случае помогает разобраться со всей невообразимой сложностью и запутанностью нюансов жизни на Земле.
Так вот. Всю живую природу можно представить в виде системы. Огромной и сложной. Части, составляющие эту систему, в свою очередь, также являются системами. Например, каждый заяц в лесу является частью популяции зайцев этого леса, а сам состоит из множества клеток. Так выстраивается многоуровневая и иерархическая организация живых систем.
Объять необъятное невозможно, поэтому учёные выделили в этой системе отдельные части – уровни. Которые являются уникальными, находятся в соподчинении друг с другом, но кардинальным образом отличаются проявлениями жизни.
Как выделили эти уровни? Дело в том, что жизнь на Земле можно рассматривать, выбирая для изучения разные её части. Более или менее самодостаточные с каким-то одним типом взаимодействия элементов. То есть относительно завершённые и разные по объёму.
И вот здесь мы ставим себе задачу – разобраться, какие уровни организации живой материи существуют и чем они отличаются друг от друга.
Запомните – владение этой темой, как лакмусовая бумажка. Разберётесь и усвоите – вы настоящий биолог и сможете проникнуть в самые сокровенные тайны живой природы. Тут уж от вашего дальнейшего желания всё будет зависеть.
А если возникнут проблемы с пониманием – нужно упереться и обязательно доработать моменты, которые вызвали затруднения. Вы же хотите стать настоящим биологом?
Итак, мы знаем, что жизнь – это, кроме всего прочего, – тысячи химических реакций, протекающих в клетке. Почему говорим о клетке? Вы, наверное, догадались. Клетка является той минимальной структурой, можно сказать, фабрикой, где реакции начинаются и реакции заканчиваются. То есть происходит весь «производственный процесс». Помните первое и самое главное положение клеточной теории? Клетка – это элементарная, функциональная единица строения всего живого.
Химические процессы, происходящие внутри живых организмов, уникальны. Потому что в них участвуют вещества, которые не способны существовать и взаимодействовать между собой вне живых организмов, вне клетки.
Например, ферменты – сложные по строению белковые молекулы – могут проявлять свои свойства только при определённой температуре, давлении, кислотности среды. Все эти условия не могут быть соблюдены вне живого организма, соответственно, и ферменты вне клетки не могут работать. Они утрачивают свою рабочую структуру.
Изучением строения и взаимодействия молекул различных веществ, в первую очередь органических, между собой и занимаются на молекулярном уровне. То есть на уровне молекул. Ещё раз подчеркнём. Этот уровень отнесён к уровню организации живого вещества потому, что вне живых организмов сложные органические вещества становятся неспособными к взаимодействию. А вот внутри живых организмов эти мёртвые молекулы – они не обладают ни одним свойством живого, о которых вы говорили на прошлом уроке, разве что дискретностью – оживают и способны выполнять уникальные функции, свойственные живому.
Соответственно, молекулярный – это и самый простой, начальный уровень организации живого. Так как меньше молекул только отдельные атомы химических элементов. А вот уж если рассматривать взаимодействие атомов между собой, то здесь мы не найдём кардинальных отличий – происходит это в живой природе или неживой. Изучение строения и взаимодействия атомов химических веществ – область химиков и физиков. Поэтому начальным и фундаментальным уровнем организации живого вещества является молекулярный. И изучается биологами.
Приведём конкретные примеры.
Для этого, кстати, нам понадобятся знания из химии. По этому уровню без них не ступить ни шагу. Вообще, запомните. Химик может позволить себе некоторые пробелы в знании биологии. Потому что знать химию без знания биологии – возможно. А вот человеку, который слабо разбирается в химии, но собирается стать биологом – дорога туда заказана. Вот почему на нас, биологах, лежит двойная нагрузка.
Итак, исключительная роль в функционировании живых организмов принадлежит молекулам органических веществ. Как вы знаете, это белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.
Также вы знаете, что в состав живых организмов входит более 100 химических элементов, а основная роль принадлежит углероду. Почему? А потому, что атомы углерода способны соединяться друг с другом в цепочки. Давая при этом огромнейшее разнообразие органических веществ, которых насчитывается десятки миллионов. По сравнению с несколькими сотнями тысяч неорганических. Вы знаете, что органическую химию ещё так и называют – химия углерода.
А сложные органические вещества, образующие цепочки, в свою очередь – полимерами (от греческого πολύ— — «много» и μέρος — «часть»). То есть, это вещества, состоящие из повторяющихся фрагментов – остатков других веществ – мономеров. Из того же греческого μόνος — «один».
В 8 классе вы достаточно подробно останавливались на строении таких веществ при изучении собственных процессов пищеварения. Помните? Откусили кусок булки, а в слюне её уже поджидает фермент амилаза. Которая расщепляет длинные молекулы крахмала до мальтозы, состоящей уже всего из двух молекул. С появлением во рту мальтозы на неё набрасывается фермент мальтаза и режет молекулу сахара напополам всего до одной молекулы сладенькой глюкозы.
Таким образом молекула крахмала, состоящая из повторяющихся молекул глюкозы – это полимер, а сама глюкоза, которая представляет собой одну молекулу – мономер.
Полимер крахмал состоит из мономеров – молекул глюкозы.
Количество мономеров в полимере может быть разным. От нескольких десятков тысяч в том же крахмале до сотен миллионов в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты.
Имея сложное строение, полимеры проявляют и самые разнообразные свойства. Которые напрямую зависят от количества звеньев, входящих в их состав. А количество мономеров может изменяться в очень широких пределах, как мы выяснили. Но и это не всё. Каждая молекула уникальна благодаря разному чередованию этих звеньев и их взаимному расположению. В результате мы получаем немыслимое разнообразие биомолекул и теперь можем не удивляться многообразию жизненных форм на Земле. Но! В то же время все биологические молекулы построены по единому принципу. И это одно из доказательств единства живой природы.
Изучая важнейшие биологические соединения, исследователи узнают, как происходят рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации, превращение энергии и многое другое.
Поднимаемся вверх. Следом за молекулярным выделяют клеточный уровень. Мы с вами заостряли внимание на том, что на молекулярном уровне живые организмы не обладают свойствами живого. А вот клеточный – это первый уровень организации живого, который обладает всеми свойствами живого. Здесь изучается строение и взаимодействие клеточных органоидов на уровне одной клетки. Что конкретно? Например, любая клеточная мембрана – именно она и является основой жизни – трёхслойная, состоящая из двух слоёв липидов и слоя белков. Клеточная мембрана обладает уникальными, и, казалось бы, несовместимыми свойствами. Она должна отграничивать содержимое клетки от окружающей среды, то есть никого внутрь не пропускать, а с другой стороны – обеспечивать обмен веществ – обязательное условие жизни. Наверное, её работу можно сравнить с работой таможни. Только называется она – избирательная проницаемость. Кроме которой плазмалемма выполняет ещё почти десяток функций.
Итак, на клеточном уровне живое обладает всеми свойствами живого: клетка дышит, размножается, реагирует на изменения окружающей среды и так далее.
Изучая механизм деления клеток, их специализацию в процессе развития, учёные решают ряд очень важных практических задач. В первую очередь, для медицины. Попробуйте сами привести примеры.
Следующий уровень, который мы рассмотрим, частично пересекается с клеточным. Дело в том, что организмов, тело которых представлено всего одной клеткой, можно отнести к двум уровням. Клеточному – так как это одна клетка. И организменному – так как это полноценный организм.
Как работают два миллиона нефронов в наших почках и почему в сутки у человека образуется до 150 литров первичной мочи, как выживает лягушка после полного замерзания водоёма, а бурокрылая ржанка пролетает без посадки 3000 километров…
Захватывающие примеры функционирования живых организмов можно продолжать практически бесконечно. Согласованная работа органов и систем органов, адаптации и поведение в различных экологических условиях – всё это изучается здесь. На организменном уровне.
Следующие уровни немного сложнее для понимания, потому что, скажем так, их невозможно потрогать. А можно только представить и убедить себя в том, что они есть. Кроме того, если на предыдущих уровнях жизнь закономерно и всегда заканчивается смертью, то на последующих при оптимальных условиях среды живое способно существовать неограниченно долго.
Первым таким уровнем, который следует за организменным, является популяционно-видовой. Где изучается взаимодействие особей между собой в отдельно взятой популяции или виде в целом. То есть предмет изучения – совокупность особей.
Что конкретно? Например, численность зайцев на определённой территории, их возрастная структура, то есть количество особей разного возраста в популяции, половая структура и так далее. Без таких данных, кроме всего прочего, человек не сможет составить достоверный прогноз развития данной части природного сообщества. А это бывает просто необходимо для успешного развития сельского хозяйства, решения проблемы сохранения исчезающих видов.
Более крупным уровнем является экосистемный. Здесь рассматриваются уже не отдельно взятые зайцы леса, а все живые организмы, населяющие участок земной поверхности в их взаимодействии со средой обитания. Например, можно рассчитать, сколько данная дубрава выделяет кислорода за лето. Или за год и так далее.
На этом уровне изучаются взаимоотношения организмов и среды, условия, определяющие продуктивность экосистем, их устойчивость, а также влияние на них деятельности человека.
Ну и наивысшим уровнем организации живого является биосферный. Он состоит из множества экосистем, о которых мы только что говорили. Точнее, не из множества экосистем. А из всех.
Изучая природу на этом уровне, мы можем узнать, например, концентрацию углекислого газа во всей атмосфере Земли, рассчитать, сколько его потребляют живые организмы, и предсказать, угрожает ли человечеству глобальное потепление, таяние ледников, повышение уровня воды в Мировом океане и всемирный потоп.
Выясняя механизмы протекания глобальных биогеохимических циклов, а к ним относятся круговороты веществ и потоки энергии, учёные-биологи ни много ни мало продлевают жизнь человеческой цивилизации.