3.Уровни организации живых систем
Уровни организации живых систем представляют собой некую упорядоченность, иерархическую систему, которая является одним из основных свойств живого, см. табл. 2.
Таблица 2
Основная группа или ступень | Уровень |
Биологическая микросистема | Молекулярный Клеточный |
Биологическая мезосистема | Тканевый Органный Организменный |
Биологическая макросистема | Популяционно-видовой Биоценотический Биосферный |
Каждая живая система состоит из единиц подчиненных ей уровней организации и является единицей, входящей в состав живой системы, которой она подчинена. Например, организм состоит из клеток, являющихся живыми системами, и входит в состав недоорганизменных биосистем (популяций, биоценозов).
Существование жизни на всех уровнях подготавливается и определяется структурой низшего уровня:
характер клеточного уровня организации определяется молекулярным;
характер организменного – клеточным;
популяционно-видовой – организменным и т.д.
1. Молекулярный уровень. Молекулярный уровень несет отдельные, хотя и существенные признаки жизни. На этом уровне обнаруживается удивительное однообразие дискретных единиц. Основу всех животных, растений и вирусов составляют 20 аминокислот и 4 одинаковых оснований, входящих в состав молекул нуклеиновых кислот. У всех организмов биологическая энергия запасается в виде богатой энергией аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Наследственная информация у всех заложена в молекулах дизоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), способной к саморепродукции. Реализация наследственной информации осуществляется при участии молекул рибонуклеиновой кислоты (РНК).
2. Клеточный уровень. Клетка является основной самостоятельно функционирующей элементарной биологической единицей, характерной для всех живых организмов. У всех организмов только на клеточном уровне возможны биосинтез и реализация наследственной информации. Клеточный уровень у одноклеточных организмов совпадает с организменным. В истории жизни на нашей планете был такой период (первая половина протерозойской эры ~ 2000 млн. лет назад), когда все организмы находились на этом уровне организации. Из таких организмов состояли все виды, биоценозы и биосфера в целом.
3. Тканевый уровень. Совокупность клеток с одинаковым типом организации составляет ткань. Тканевый уровень возник вместе с появлением многоклеточных животных и растений, имеющих различающиеся между собой ткани. Большое сходство между всеми организмами сохраняется на тканевом уровне.
4. Органный уровень. Совместно функционирующие клетки, относящиеся к разным тканям, составляют органы. (Всего лишь шесть основных тканей входят в состав органов всех животных и шесть основных тканей образуют органы у растений).
5. Организменный уровень. На организменном уровне обнаруживается чрезвычайно большое многообразие форм. Разнообразие организмов, относящихся к разным видам, а также в пределах одного вида, объясняется не разнообразием дискретных единиц низшего порядка (клеток, тканей, органов), а усложнением их комбинаций, обеспечивающих качественные особенности организмов. В настоящее время на Земле обитает более миллиона видов животных и около полумиллиона видов растений. Каждый вид состоит из отдельных индивидуумов (организмы, особи), имеющих свои отличительные черты.
6. Популяционно-видовой уровень. Совокупность организмов одного вида, населяющих определенную территорию, составляет популяцию. Популяция – это недоорганизменная живая система, которая является элементарной единицей эволюционного процесса; в ней начинаются процессы видообразования. Популяция входит в состав биоценозов.
7. Биоценотический уровень. Биогеоценозы – исторически сложившиеся устойчивые сообщества популяций различных видов, связанных между собой и окружающей средой обменом веществ, энергии и информации. Они являются элементарными системами, в которых осуществляется вещественно-энергетический круговорот, обусловленный жизнедеятельностью организмов.
8. Биосферный уровень. Совокупность биогеоценозов составляют: биосферу и обуславливают все процессы, протекающие в ней.
Таким образом, мы видим, что вопрос о структурных уровнях в биологии имеет некоторые особенности по сравнению с его рассмотрением в физике. Эта особенность состоит в том, что изучение каждого уровня организации в биологии ставит своей главной целью объяснение феномена жизни. Действительно, если в физике деление на структурные уровни материи в достаточной степени условно (критериями здесь являются масса и размеры), то уровни материи в биологии отличаются не столько размерами или уровнями сложности, но главным образом, закономерностями функционирования.
Действительно, если, например, исследователь изучил физико-химические свойства биологического объекта и его структуру, но не установил его биологического назначения в целостной системе, это будет означать, что изучен ещё один определенный объект, но не уровень живой материи.
Ещё одна особенность структуризации живой материи состоит в иерархической [2] соподчиненности уровней. Это означает, что низшие уровни как единое целое входят в высшие. Эта концепция структуризации получила название «многоуровневой иерархической матрешки».
Важно отметить, также, что число выделяемых в биологии уровней зависит от глубины профессионального изучения мира живого.
К началу документа
Контрольные вопросы
1. Дайте определение биологии. Что является предметом изучения биологии? 2. Назовите основные методы биологии. 3. Перечислите основные классификации биологических наук. 4. Дайте характеристику традиционной (натуралистской) биологии. 5. В чем заключаются особенности физико-химической биологии?
6. Что изучает молекулярная биология? 7. Перечислите основные экспериментальные методы физико-химической биологии. 8. Что изучает эволюционная биология? 9. Что такое теоретическая биология? Перечислите основные предпосылки (теоретические положения) ее создания. 10. Что такое биологическая система?
11. Назовите три основных системных свойства живого. 12. Перечислите основные качества живых систем. 13. В чем заключается открытость живых систем? 14. Поясните утверждение: «Живые системы являются самоуправляющимися и самоорганизующимися». 15. В чем заключается раздражимость живых систем?
16. «Единственный способ дать определение живому - …»(продолжите). 17. В чем заключается особенность структурных уровней в биологии по сравнению со структуризацией материи в физике? 18. В чем заключается концепция многоуровневой иерархической «матрешки»? 19. Перечислите структурные уровни организации живого. 20. Что такое популяция? 21. Что такое биогеоценоз? Экологическая система?
Литература
1. Тулинов В.Д., Недельский Н.Ф., Олейников Б.И. Концепции современного естествознания, М.: МУПК, 1995. 2. Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание М.: Агар, 1995. 3. Грядовой Д.И. Концепции современного естествознания, М.: Учпедиз, 1995. 4. Дягилев Ф.М. Концепции современного естествознания, М.: ИМПЭ, 1998. 5. Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение. – М.: Высшая школа, 1998.
[1] Хиральность – зеркальная асимметрия молекул. Молекулы, из которых образовано живое вещество, могут быть только одной ориентации – «левой» или «правой». Например, молекула ДНК имеет вид спирали, и эта спираль всегда правая.
[2] Иерархия – расположение частей или элементов целого в порядке от высшего к низшему
- Концепции современного естествознания Лекция 1. Тема: Введение в дисциплину.
- 1. Естествознание. Определение и содержание понятия. Задачи естествознания
- 2. Взаимосвязь естественных наук. Редукционизм и холизм.
- 3. Фундаментальные и прикладные науки. Технологии
- 4. Тезис о двух культурах.
- Лекция 2. История развития естествознания
- 1. Этапы (стадии) познания природы
- 2. Глобальные естественнонаучные революции
- Роль космологии в естественнонаучных революциях
- Концепции современного естествознания Лекция 3. Методология научных исследований
- 1. Понятие методологии и метода
- 2. Методы научного познания 2.1. Общенаучные методы
- 2. Методы эмпирического и теоретического познания
- 3. Формы научного знания
- 4. Процесс научного познания
- 5. Критерии истинности научного знания
- Лекция 4. Механика и методология Ньютона
- 1. Движение - одна из основных проблем естествознания
- 2. Механика Галилея как основа механики Ньютона
- 3. Механика Ньютона
- 4. Ньютоновская методология исследований
- 5. Оптика Ньютона – предвосхищение современной концепции о двойственной природе света
- Лекция 5. Механическая картина мира (мкм)
- 1. Понятие научной картины мира
- 2. Формирование механической картины мира (мкм)
- 3. Основные понятия и законы мкм
- 4. Основные принципы мкм
- Лекция 6. Термодинамическая картина мира (I)
- 1. Промышленная революция и развитие теории теплоты
- 2. Работа в механике. Закон сохранения и превращения энергии в механике
- 3. Теплородная и кинетическая теория теплоты
- 4. Термодинамика и статистическая физика
- Лекция 7. Термодинамическая картина мира (II). Второе начало термодинамики
- 1. Идеальный цикл Карно.
- 2. Энтропия. Термодинамическая трактовка.
- 3. Энтропия. Вероятностная трактовка.
- Лекция 8. Термодинамическая картина мира (III). Стрела времени
- 1. Вероятность как атрибут больших систем.
- 2. Стрела времени
- 3. Проблема тепловой смерти Вселенной и флуктуационная гипотеза Больцмана.
- Лекция 9. Электромагнитная картина мира (эмкм)
- 1. Основные экспериментальные законы электромагнетизма.
- 2. Теория электромагнитного поля д. Максвелла
- 3. Электронная теория Лоренца.
- Лекция 10. Специальная теория относительности. Основные идеи общей теории относительности
- 1. Проблема равноправия инерциальных систем отсчета и мирового эфира.
- 2. Постулаты и основные следствия сто
- 3. Относительность промежутка времени:
- 3. Основные идеи общей теории относительности.
- 1. Свойства пространства-времени зависят от движущейся материи.
- 2. Луч света, обладающий инертной, а, следовательно, и гравитационной массой, должен искривляться в поле тяготения.
- 3. Частота света под действием поля тяготения должна смещаться в сторону более низких значений.
- 4. Основные понятия и принципы эмкм
- Лекция 11. Квантово-полевая картина мира (кпкм)
- 1. Формирование идеи квантования физических величин
- 2. Корпускулярно-волновой дуализм света и вещества.
- 3. Соотношения неопределенностей Гейзенберга
- 4. Основные понятия и принципы кпкм
- Лекция 12. Многообразие и единство мира
- 1. Структурные уровни материи
- 2. Элементарные частицы, фундаментальные частицы и частицы – переносчики фундаментальных взаимодействий
- 3. Атомное ядро
- 4. Молекулы и реакционная способность веществ.
- 5. Макроскопические тела. Фазовые переходы.
- Лекция 13. Мегамир, основные космологические и космогонические представления (I)
- 1. Основные представления о мегамире
- 2. Солнечная система
- 3. Гипотезы о происхождении планет Солнечной системы
- Лекция 14. Мегамир. Основные космогонические представления (II)
- 1. Звезды, их характеристики, источники энергии
- 2. Галактики и метагалактики
- 3. Структура и геометрия Вселенной
- Лекция 15. Мегамир, основные космогонические представления (III)
- 1. Эволюция звезд
- 2. Возникновение Вселенной. Теория Большого Взрыва
- 3. Антропный принцип.
- Лекция 16. Химическая эволюция Земли
- 1. Химическая эволюция Земли
- 2. Понятие самоорганизации в химии.
- 3. Общая теория химической эволюции и биогенеза
- Лекция 17. Специфика живого
- 1. Предмет изучения, задачи и методы биологии
- 2. Специфика и системность живого
- 3.Уровни организации живых систем
- Лекция 18. Термодинамика живых систем. Жизнь как информационный процесс.
- 1. Термодинамика живых систем
- 2.Управление и регулирование в живых системах 2.1 Задачи управления и регулирования
- 2.2 Информационные связи внутри организма
- 2.3 Цели и специфика управления в живых системах
- Лекция 19. Концепция эволюции в биологии
- 1. Эволюционная теория Дарвина – Уоллеса
- 2 Современная (синтетическая) теория эволюции
- Лекция 20. Человек
- 1. Место человека в системе животного мира и антропогенез
- 2. Основные этапы развития человека разумного
- 3. Дифференциация на расы. Расы и этносы
- 4. Эколого-эволюционные возможности человека
- 5. Биосоциальные основы поведения
- Лекция 21. Биосфера и цивилизация
- 1. Биосфера и место человека в биосфере
- 2. Антропогенный фактор и глобальные экологические проблемы
- 3. Негэнтропийный взгляд на экологические проблемы
- Лекция 22. Основные концепции и перспективы биотехнологии
- 1. Микробиология
- 2. Инженерная энзимология
- 3. Перспективы биотехнологии и проблемы биологической безопасности. Биоэтика
- 3.1. Генная и клеточная инженерия
- 3.2. Евгеника
- 3.3. Клонирование
- 3.4. Расшифровка генома человека
- 3.5. Биоэтика
- Контрольные вопросы
- Литература
- Лекция 23. Принципы симметрии в научной картине мира
- 1. Понятие симметрии
- 2. Симметрия пространства – времени и законы сохранения
- 3. Симметрия и асимметрия живого
- 4. Нарушение симметрии как источник самоорганизации
- Лекция 24. Эволюционно-синергетическая парадигма
- 1. Концепция самоорганизации в науке
- 2. Основные понятия и принципы синергетики
- Лекция 25. Эволюционно-синергетическая парадигма (продолжение)
- 1. Примеры самоорганизации в неживой природе
- 2. Самоорганизация в социальных системах
- Лекция 26. Естествознание в мировой культуре
- 1. Проблема двух культур
- 2. Перспективы интеграции знаний в науке будущего
- Рабочая программа по учебной дисциплине "Концепции современного естествознания" для направлений 521500, 521600, 522000, специальностей 060300,060400,060800,0,6100, 061400
- 1. Цели и задачи курса
- 2. Требования к знаниям
- 3. Структура и объем курса
- 4. Содержание дисциплины
- Тема 1. Две культуры как отражение двух типов мышления
- Тема 2. Физика глазами гуманитария. Физические картины мира.
- Тема 3. Физика как целое.
- Тема 4. Жизнь. Биологическая картина мира.
- Тема 5. Биосфера и цивилизация
- Тема 6. Основные концепции и перспективы биологии
- Тема 7. Эволюционно-синергетическая парадигма
- 5. Перечень лабораторных работ (по 4 час.)
- 6. Перечень практических и семинарских занятий
- 7. Расчет часов по темам (для 522000, 061400)
- 8. Методические рекомендации
- 9. Литература
- 4.1 Основная
- 4.2 Дополнительная
- Лабораторная работа №1. Фрактальные структуры в окружающем мире
- 1. Теоретический материал
- 1.1 Фрактальные структуры
- 1.2 Фрактальная размерность
- 1.3. Фрактальные кластеры
- 2. Порядок выполнения работы
- Наверх Лабораторная работа №2. Дискретные модели динамических систем. Клеточные автоматы
- 1. Теоретический материал
- 1.1. Представление сложных динамических процессов в виде дискретных систем
- 1.2. Моделирование процесса роста с помощью клеточного автомата
- 2. Выполнение лабораторной работы