Что означает термин структурный уровень организации жизни
Уровни организации жизни
Организация живой материи
Мир живой природы представляет собой совокупность разнообразных живых систем различной сложности. В свою очередь, каждая биосистема (как любая система) представляет собой совокупность связанных в единое целое элементов (компонентов), выполняющих определенные функции. Взаимосвязи таких элементов выражает структура системы, которая может быть сложной или относительно простой.
Живой материи Земли свойственна системная организация.
Взаимодействуя со средой, живые системы адаптируются к ней, приобретают специфические свойства, но сохраняют свою целостность и определенный уровень сложности. Так, биосфера как биосистема очень многокомпонентна, поскольку состоит из таких подсистем, как биогеоценозы, виды и популяции, а они состоят из организмов. Но и организмы весьма сложны, даже одноклеточные. Поэтому в середине XX века различными учеными были предприняты попытки создать классификацию всего многообразия биосистем. В 60-е годы XX века уже сложилось представление о структурных уровнях организации жизни.
Понятие о структурных уровнях организации жизни
Каждый тип биосистем отличается от других своеобразием присущих ему компонентов, процессов, структур и функций. Чтобы сравнивать свойства биосистем разных уровней, понимать, что можно считать «уровнем организации живого», и классифицировать их, отечественный философ В. И. Кремянский (1969) предложил тезис: «Каждый уровень специфичен и каждому свойственно проявление закона соотношения общего и частного». Исходя их этого, Кремянский сформулировал три обязательных критерия, по которым явление может быть признано самостоятельным структурным уровнем, существующим в пространстве и во времени: 1) в нем есть органическое отношение целого и его составных частей; 2) в нем есть специфические структуры как устойчивые признаки; 3) оно самостоятельно существует в пространстве и во времени.
Биосистемы разной степени сложности — это особые формы существования живой материи, называемые структурными уровнями организации жизни. Каждому типу биосистем присущи определенные закономерности и законы, процессы, структура и функции.
В настоящее время для сравнительного описания уровней обычно используют такие наиболее общие для них характеристики, как структура, процесс, организация и значение. Словом «структура» (от лат. structura — «строение») выражают взаимное расположение взаимосвязанных между собой элементов системы. Словом «процесс» (от лат. processus — «происхождение», «продвижение») обозначают закономерные изменения, развитие явления. Термин «организация» в теории структурных уровней выражает представление об управлении системой.
Структурные уровни организации живого
Жизнь на Земле возникла путем эволюции и может существовать только в виде различных биосистем. Становление и развитие живого вещества в процессе эволюции включало в себя появление не только дискретных носителей жизни (вначале молекулярных систем, затем клеток и многоклеточных организмов), но и возникновение надорганизменных систем: популяций и видов, биогеоценозов и целостной биосферы. Все они обеспечивают процесс самовоспроизведения и взаимообеспечения жизни в рамках биогенного круговорота веществ.
Критерием для выделения различных структурных уровней главным образом служит степень сложности структуры биосистем, возникшая в процессе исторического развития материи. Учитывая это и особенности проявления свойств жизни, выделяют шесть основных структурных уровней организации: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный (рис. 12).
Рис. 12. Структурные уровни организации живой природы: 1 — молекулярный; 2 — клеточный; 3 — организменный; 4 — популяционно-видовой; 5 — биогеоценотический; 6 — биосферный
Особенности основных структурных уровней организации жизни, их компоненты и свойственные им процессы описаны ниже.
Молекулярный уровень организации жизни. Представлен разнообразными молекулярными комплексами, находящимися в живой клетке (биомембрана, цепи переноса электронов, хроматин, фотохимические системы и др.). Компонентами молекулярного уровня являются молекулы неорганических и органических соединений и гены. Основные процессы: Объединение молекул в особые комплексы. Осуществление физико-химических реакций в упорядоченном виде. Копирование ДНК, кодирование и матричная передача генетической информации. Все эти процессы осуществляются только внутри живой клетки.
Клеточный уровень биосистем представлен свободно живущими клетками и клетками, входящими в многоклеточные организмы. Компонентами являются комплексы молекул химических соединений и органоиды клетки. Процессы: Синтез органических веществ (биосинтез, фотосинтез), пластический и энергетический обмен. Регуляция внутриклеточных процессов. Деление клеток. Вовлечение химических элементов Земли в энергии Солнца и биосистемы.
Организменный уровень живого представлен одноклеточными и многоклеточными организмами всех царств живой природы. Компонентом является клетка как основной структурный компонент организма. Из клеток образованы ткани и органы многоклеточного организма. Процессы: Обмен веществ, раздражимость, размножение, онтогенез. Изменчивость и передача наследственной информации потомкам. Обеспечение непрерывности жизни. Обеспечение гармонического соответствия организма среде его обитания.
Популяционно-видовой уровень организации живого представлен огромным разнообразием видов с их популяциями, обеспечивающими более полное использование условий среды в ареале вида. Компонентами популяционно-видового уровня являются группы родственных особей, объединенных определенным генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой. Основные процессы: Поддержание устойчивости генофонда и возможности его изменчивости. Накопление элементарных эволюционных преобразований. Осуществение микроэволюции. Выработка адаптаций к изменяющейся среде. Видообразование. Увеличение биоразнообразия и усложнение форм приспособленности.
Биогеоценотический уровень жизни представлен разнообразием естественных и культурных биогеоценозов во всех средах жизни. Компонентами являются популяции различных видов. Факторы среды. Пищевые сети, потоки веществ и энергии. Процессы на биогеоценотическом уровне: Круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь. Подвижное равновесие между живым населением и абиотической средой. Обеспечение живого населения условиями обитания как ресурсами жизни (питанием и жильем, укрытием и пр.)
Биосферный уровень организации жизни представлен высшей глобальной формой организации биосистем — биосферой. Компонентами являются биогеоценозы и антропогенное воздействие (по Вернадскому: живое, косное и биокосное вещество). Процессы: активное взаимодействие живого и неживого (косного) вещества планеты. Биологический глобальный круговорот. Активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы в виде хозяйственной и этнокультурной деятельности.
Иерархия структурных уровней биосистем
Перечень биосистем (от молекулярных систем до биосферы) по их структурной сложности представляет собой некую иерархию форм жизни, где каждый тип биосистем как бы находится на определенном уровне (ступени) — выше или ниже один по отношению к другому. Пир этом биосистемы все вместе представляют собой живую материю в виде сложной, упорядоченной структуры. Относительно друг друга биосистемы включены одна в другую как части в целое. В то же время каждая биосистема дискретна и представляет собой особую целостность в общей структуре живой материи.
Слово «уровень» показывает, что в развитии природных объектов есть положение неких «высоких» ступеней относительно «низких». Подчиненность менее высоких более высоким ступеням организованности систем часто выражают термином «иерархичность». Вместе с тем понятие «уровень» в каждом случае отражает сферу действия специфических законов, свойственных биосистемам, качественно отличающимся друг от друга по сложности своих структур.
Вся материя является носителем особых форм движения, выраженного в системах различного уровня. Биология в этом материальном мире изучает лишь структурные уровни организации живой материи, представленные в форме живых систем — биосистем (рис. 13).
Рис. 13. Структурные уровни организации материи и расположение уровней жизни
Свойства и явления систем отдельных уровней возникают как результат слияния и взаимодействия частей систем предыдущих уровней. Притом каждая последующая ступень, вбирая в себя типы связей предыдущих уровней, видоизменяет их и включает в свои связи, отчего становится более сложной по структуре и по действию. То, что было раньше относительно самостоятельным целым, превращается в части, элементы более высокого уровня. Законы, присущие телам предыдущего уровня, влияют на поведение систем более высокого уровня и проявляются в них некоторыми сторонами, но не отражают их полностью, так как выступают как части целого. Таким образом, каждому уровню присущи свои особые свойства.
Заметим, что свойства систем более высокого уровня возникают не в результате разрушения свойств предыдущего уровня, а путем их интеграции — объединения и организации как новых единиц в единую систему. При этом всегда появляются новые, добавочные, эмерджентные (от англ. emergence — «неожиданно появляющиеся») свойства. Поэтому каждому уровню присущ свои особые законы.
Все уровни имеют в своей структуре один и тот же материальный субстрат (живое вещество и неживую материю), но специфичность связей, существующих между элементами, приводит к возникновению особых свойств, характерных для этого уровня.
Каждый структурный уровень организации жизни — это особое природное явление, проявляющееся в пространстве и во времени.
Все уровни биосистем возникли фактически одновременно с появлением первых живых организмов еще в очень давние времена. С тех времен — и в водной среде, и по выходе организмов на сушу — разнообразие жизни усложнилось: от суборганизменных, клеточных и организменных биосистем к надорганизменным и многовидовым формам.
Таким образом, жизнь на Земле сложно упорядочена и проявляется одновременно в виде нескольких разных структурных уровней организации биосистем. Между ними существует взаимообусловленное единство, обеспечивающее системную организацию и целостность живой материи. Все уровни можно рассматривать как широкомасштабные явления жизни, где непрерывно совершается усложнение структуры биосистем и вей живой материи в целом.
Общая биология
Информативные ответы на все вопросы курса «Общая биология» в соответствии с Государственным стандартом.
Оглавление
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Общая биология предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
3. Уровни организации жизни
Живая природа — это целостная, но неоднородная система, которой свойственна иерархическая организация. Иерархической называется такая система, в которой части (или элементы целого) расположены в порядке от высшего к низшему.
Микросистемы (доорганизменная ступень) включают в себя молекулярный (молекулярно-генетиче-ский) и субклеточный уровни.
Мезосистемы (организменная ступень) включают в себя клеточный, тканевый, органный, системный, организменный (организм как единое целое), или онтогенетический, уровни.
Макросистемы (надорганизменная ступень) включают в себя популяционно-видовой, биоценотический и глобальный уровни (биосферу в целом). На каждом уровне можно выделить элементарную единицу и явление.
Элементарная единица (ЭЕ) — это структура (или объект), закономерные изменения которой (элементарные явления, ЭЯ) составляют ее вклад в развитие жизни на данном уровне.
1) молекулярно-генетический уровень. ЭЕ представлена геном. Ген — это участок молекулы ДНК (а у некоторых вирусов-молекулы РНК), который ответствен за формирование какого — либо одного признака;
2) субклеточный уровень. ЭЕ представлена какой-либо субклеточной структурой, т. е. органеллой, которая выполняет свойственные ей функции и вносит свой вклад в работу клетки в целом;
3) клеточный уровень. ЭЕ — это клетка, которая является самостоятельно функционирующей элементарной
биологической системой. Только на этом уровне возможны реализация генетической информации и процессы биосинтеза;
4) тканевый уровень. Совокупность клеток с одинаковым типом организации составляет ткань (ЭЕ);
5) органный уровень. Образован совместно с функционирующими клетками, относящимися к разным тканям (ЭЕ);
6) организменный (онтогенетический) уровень. ЭЕ — это особь в ее развитии от момента рождения до прекращения ее существования в качестве живой системы. ЭЯ — это закономерные изменения организма в процессе индивидуального развития (онтогенеза) фенотип;
7) популяционно-видовой уровень. ЭЕ — это популяция, т. е. совокупность особей (организмов) одного вида, населяющих одну территорию и свободно скрещивающихся между собой. Популяция обладает генофондом, т. е. совокупностью генотипов всех особей. Воздействие на генофонд элементарных эволюционных факторов приводит к эволюционно значимым изменениям (ЭЯ);
8) биоценотический (экосистемный) уровень. ЭЕ — биоценоз, т. е. исторически сложившееся устойчивое сообщество популяций разных видов, связанных между собой и с окружающей неживой природой обменом веществ, энергии и информации (круговоротами), которые и представляют собой ЭЯ;
9) биосферный (глобальный) уровень. ЭЕ — биосфера, т. е. единый планетарный комплекс биогеоценозов, различных по видовому составу и характеристике абиотической (неживой) части;
10) носферный уровень. Это составная часть биосферы, которая изменена благодаря деятельности человека.
Уровни организации живого
Уровни организации живого
Создаются благодаря переходу от простого к сложному. Характеризуются наличием системных связей, отношений части/целое.
Методы и теории, изучающие уровни организации: Общая теория систем,Системный анализ
Содержание
Живой организм
Живым в современной биологии считается организм, обладающий совокупностью свойств [1] :
Усложнение
В ходе эволюции происходит повышение уровня организации, усложнение живого (от низших организмов к высшим). Формирование каждой следующей ступени иерархии уровней происходит на основе предыдущей, которая структурно в неё входит (см. также видообразование)
Классификация
Характеризуются специфическими взаимодействиями компонентов и отчётливыми особенностями взаимоотношений с ниже и выше лежащими системами
Могут использоваться различные модели и подходы: Химико-волновая, кибернетическая, энтропийно-эволюционная и другие модели, описанные в статье Жизнь.
При классификации уровней обычно, для полноты представления, могут включаться уровни неживой материи.
В 20-е гг. XX века в философии и науке сформировался системный подход, согласно которому живой мир можно рассматривать как совокупность систем разных уровней организации. При этом элемент системы одного уровня может представлять собой целую систему на другом уровне организации.
По Вечирко Д С
Тимофеев-Ресовский выделяет следующие уровни организации жизни:
Критерий масштабности
Структурный (системный) анализ обнаруживает следующие уровни организации жизни [1] :
Биология в лицее
Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation
Биосистема – это форма жизни, обусловленная взаимодействием живых компонентов.
В природе существуют биосистемы разной сложности. Так, каждая клетка является биосистемой. Жизнедеятельность и целостность клетки обусловлены взаимосвязью и взаимодействием всех ее внутриклеточных компонентов (молекул, химических соединений и органоидов). Многоклеточный организм по отношению к клетке – структурно более сложная биосистема, поскольку включает различные органы, состоящие из клеток.
В живой природе кроме клеток и организмов есть и другие, еще более сложные биосистемы – популяция, вид, биогеоценоз, биосфера. При этом каждая из биосистем являет собой единое целое, состоящее из множества взаимодействующих частей. Например, популяция состоит из взаимодействующих организмов (особей); вид образуют взаимодействующие внутривидовые структуры (популяции).
Разные по сложности биосистемы представляют собой особые эволюционно сложившиеся обособленные (дискретные) формы жизни на Земле, или структурные уровни организации жизни.
В живой природе, как правило, выделяют шесть (иногда восемь) основных структурных уровней организации жизни: молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно–видовой, биогеоценотический (экосистемный) и биосферный. Последовательность названий этих уровней отражает нарастающую степень сложности структуры каждой биосистемы.
1. М олекулярный. Л юбой живой организм состоит из биологических молекул: нуклеиновых кислот, белков, липидов и углеводов. На этом уровне начинаются разнообразные процессы жизнедеятельности организмов: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и пр.
2. К леточный. Клетка – элементарная структурная и функциональная единица, а также единица развития всех живых организмов, обитающих на Земле. На клеточном уровне происходит передача информации и превращение веществ и энергии.
3. Тканевый. Ткань — совокупность клеток и межклеточного вещества, специализированная для выполнения определённых функций.
4. Органный. Орган — часть организма, имеющая определённую форму и особенности строения, занимающая в организме определённое положение и выполняющая конкретные функции, одна из которых является главной, а остальные — второстепенными. Орган состоит из нескольких видов тканей, одна из которых обеспечивает выполнение основной функции, а другие являются вспомогательными.
5. О рганизменный. Элементарной единицей организменного уровня служит особь, которая рассматривается в развитии – от момента зарождения до прекращения существования. Рассматриваются процессы и явления, происходящие в организме и механизмы согласованного функционирования его органов и систем, приспособительные изменения и поведение в различных экологических условиях.
6. П опуляционно–видовой. Совокупность организмов одного вида, объединенная общим местом обитания с относительно однородными условиями, в котором создаётся популяция – надорганизменная система. В этой системе осуществляются элементарные эволюционные преобразования.
7. Б иогеоценотический. Биогеоценоз – совокупность организмов разных видов и различной сложности организации с факторами среды их обитания. В процессе совместного развития организмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые сообщества.
Основные функции биогеоценоза накопление и перераспределение энергии и круговорот веществ.
Понятие о биогеоценозе введено российским (советским) академиком В. Н. Сукачевым в 1940 году.
8. Б иосферный. Биосфера – совокупность всех биоценозов, система, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов.
Строгого определения жизни в настоящее время не существует. Однако есть ряд признаков, по которым можно узнать живые системы. Живые системы открытые, они способны обмениваться с внешней средой веществом и энергией. Живые системы способны к саморегуляции, росту, развитию, самовоспроизводству, обладают раздражимостью, наследственностью, изменчивостью.
Все организмы состоят из химических веществ – неорганических и органических соединений. Из биологических молекул образуются надмолекулярные структуры – клеточные. Клетки – элементарные структурные единицы всех организмов. Любой одноклеточный или многоклеточный организм способен к самостоятельному существованию. Организмы одного вида, обитающие на определенной территории, образуют популяцию. Популяции разных видов, взаимодействующие между собой на определенной территории, входят в состав биогеоценозов. Все биогеоценозы Земли формируют биосферу.
Биология в лицее
Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation
Уровни организации живой материи (биологических систем)
Мир живой природы представляет собой совокупность разнообразных живых систем различной сложности. В свою очередь, каждая биосистема (как любая система) — это совокупность связанных в единое целое элементов (компонентов), выполняющих определенные функции. Взаимосвязи таких элементов выражают структуру системы, сложность ее организации. Биосистемам присущи также целостность, дискретность и определенная устойчивость в пространстве и во времени. Взаимодействуя со средой, живые системы адаптируются к ней, приобретают специфические свойства, но сохраняют свою целостность определенного уровня сложности.
Понятие структурных уровней организации жизни. Каждый вид биосистем отличается своеобразием присущих именно ему законов и закономерностей, процессов, структур и функций.
Изучение биологических систем живой природы привело к выводу, что их на нашей планете много и они различаются по степени сложности своей организации. Все вместе биосистемы представляют собой живую материю в виде сложной, упорядоченной, как бы многоэтажной (многоступенчатой) структуры. Биосистемы при этом включаются одна в другую по «принципу матрешки». В то же время биосистема любого уровня дискретна (обособлена) и представляет собой особую целостность.
Биосистемы разной степени сложности — это особые формы существования живой материи, называемые структурными уровнями организации жизни.
Для каждого из названных уровней как особой единицы жизни характерны специфические закономерности, связанные с различными масштабами явлений, принципами организации и особенностями взаимоотношений с выше- и нижележащими уровнями. При этом каждый уровень характеризуется особым составом элементов биосистемы, специфическими процессами, системой управления (организацией) и значением в существовании живой материи.
Структурные уровни организации живого образуют взаимообусловленное единство, обеспечивающее системную организацию и целостность живой материи. Все уровни организации жизни можно рассматривать как ступени, на которых наблюдается усложнение структуры биосистем и появление их новых форм. Переход от одного уровня к другому сопровождается, с одной стороны, сохранением функциональных свойств, действующих на предшествующем уровне, а с другой — появлением новых качеств, присущих каждому следующему, стоящему выше уровню. Таким образом, жизнь на Земле проявляется одновременно в виде нескольких разных структурных уровней организации биосистем.
Молекулярный уровень — это первая ступень системной организации живой материи. Здесь начинаются все жизнедеятельные процессы в биосистемах. Именно на молекулярном уровне произошел переход от неживой природы к живой. Все уровни отражают многообразие различных форм живого, возникшее на нашей планете с появлением жизни и увеличивающееся в процессе эволюции. Существование всех биосистем тесно связано с биосферой (поскольку они являются ее структурными компонентами), с использованием ее связей и возможностей. Однако в настоящее время все эти процессы в биосфере и ее возможности находятся под большим влиянием активного компонента биосферы — человека.