Рівні організації живих систем.

Живі організми є системами (від грец. сістема — утворення), тобто вони побудовані із структурних одиниць — елементів (від лат. елементум — складова частина чогось), які пов’язані між собою взаємовідносинами, що базуються на певних законах. Саме ці закономірності й обумовлюють особливості біологічних систем: їх цілісність, здатність до саморегуляції та самовідтворення, до розвитку та адаптації (від англ. адапто — пристосовуватися) — пристосування організму до певних умов середовища.

Важливою особливістю біологічних систем є їх відкритість. Це означає, що живі тіла є динамічними, проте сталими утвореннями, які постійно споживають енергію ззовні.

Простим прикладом відкритої системи є басейн, у який по одних трубах надходить вода, а по інших — витікає. Таким чином, постійно відбувається оновлення при збереженні статусу. До відкритих систем відносяться усі типи двигунів, які працюють при постійному доступі палива чи електро - енергії ззовні. Подібно до машини, живі організми існують лише за умови постійного отримання енергії та речовин.

Рівні організації живого. Будова живих організмів значно складніша, ніж будова неживих. Причиною цього, насамперед, є багаторівневість організації живого на Землі. Живі істоти складаються з клітин, які утворюються молекулами, клітини в свою чергу утворюють організми, а ті — угруповання організмів, що формують живу оболонку нашої планети. Ці біологічні утворення називаються рівнями організації живого і розташовані відповідно до принципу ієрархії (від грец. хієрос — священний і архе — влада). Практично на кожному з рівнів утворюються свої біологічні системи, яким притаманні власні особливості прояву життя.

Молекулярний рівень. Це найнижчий рівень організації живого.

На думку одних науковців, процеси, що відбуваються на цьому рівні, ще не мають біологічної специфіки, а являють собою фізико-хімічні перетворення молекул. Інші переконують, що саме з нього починаються найважливіші процеси життєдіяльності організму: обмін речовин, перетворення енергії, передача спадкової інформації, мутації тощо. (Поясніть такі розбіжності у поглядах науковців.)

Молекулярний рівень є своєрідною межею між неживою та живою природою. Структурними елементами цього рівня є макромолекули біологічно важливих органічних речовин (наприклад білків, нуклеїнових кислот та інших), оскільки вони входять до складу будь-якої біосистеми. Процеси, що відбуваються на молекулярному рівні, є матеріальною основою ознак і властивостей живого, як-от: обмін речовин, передача спадкової інформації тощо. Вивченням молекулярного рівня займаються молекулярна біологія, біохімія, ензимологія, біохімія ліпідів, фізична хімія біополімерів, біофізика, генетика.

Клітин ний рівень, елементами якого є клітини — найпростіші біологічні системи. Це рівень життєдіяльності організму, з якого, власне, і розпочинаються біологічні процеси, а не просто хімічні реакції. В історії нашої планети був такий період (перша половина архейської ери — понад 3,5 млрд. років тому), коли всі живі організми знаходились на цьому рівні організації. Одноклітинні організми утворювали всі види, біоценози та біосферу в цілому. У процесі еволюції органічного світу клітина виявилася єдиною елементарною системою, в якій можливий вияв усіх закономірностей, що характеризують життя.

Функціональна спеціалізація клітин зумовлює різноманітність їх форм. М’язові клітини — видовжені, покривні — багатокутні, лейкоцити — кулясті, нервові клітини, завдяки великій кількості відростків, набули зірчастої форми. (Наведіть власні приклади. Проілюструйте залежність форми клітини від її функції.)

Основні процеси, що відбуваються на клітинному рівні, будуть об’єктами вашого дослідження цього року — обмін речовин та енергії, самовідтворення, саморегуляція, самооновлення. Клітинний рівень вивчають цитологія, цитохімія, цитогенетика, мікробіологія.

Організмений рівень, структурною одиницею якого є окремі особини. Процеси, що відбуваються на цьому рівні, пов’язані з ростом, розвитком і розмноженням. (Зверніть увагу, для одноклітинних організмів клітинний і організмений рівні збігаються.) На організменому рівні спостерігається найбільша різноманітність форм життя, яка не є наслідком різноманітності дискретних одиниць нижчої ланки, а обумовлена їх ускладненими просторовими комбінаціями, які приводять до виникнення якісно нових особливостей.

Поза особинами у природі життя не існує. На цьому рівні відбуваються процеси онтогенезу, тому він має й іншу назву — онтогенетичний.

Елементарним компонентом будь-якого організму є клітина. У багатоклітинному організмі клітини утворюють тканини та органи, пристосовані для виконання різних функцій. Організмений рівень вивчають морфологія (анатомія, ембріологія), фізіологія, палеонтологія, генетика.

Популяційно-видовий рівень, елементами якого є популяція (від лат. популюс — народ) — сукупність особин одного виду, що живуть на спільній території (мал. 68, 69, 70, 71) та вид — сукупність особин, які вільно схрещуються і дають плодюче потомство (мал. 72, 73). Процеси, що відбуваються на ньому, пов’язані з розмноженням і первинними еволюційними перетвореннями організмів.

Популяційно-видовий рівень вивчається популяційною генетикою, біогеографією, систематикою, таксономією, екологією.

Нині на Землі налічується понад мільйон видів тварин та близько півмільйона видів рослин (пригадайте кількість видів грибів та бактерій). Кожен вид складається з окремих унікальних особин.

Приналежність особини до певного виду визначається за морфологічними, фізіологічними, екологічними та іншими критеріями. Найважливішою ознакою виду є генетична (репродуктивна) ізоляція, яка полягає у неможливості схрещування особин даного виду з представниками інших видів.

З часів К. Ліннея вид є основною одиницею систематики. Особливе значення виду серед інших систематичних груп (таксонів) зумовлюється тим, що у його угрупованні окремі особини існують реально. У складі виду в природних умовах особина народжується, досягає статевої зрілості і виконує свою головну біологічну функцію — репродукцію, забезпечуючи продовження роду. На відміну від виду, таксони надвидового рангу (рід, ряд, родина, клас тощо) не є «ареною» життя організму. Виділення їх у природних системах органічного світу відображає результати попередніх етапів історичного розвитку живої природи.

Вид — категорія історична, якісний етап еволюції. Кожний вид виник з іншого й існує, доки не зміняться умови. За нових умов він або загине, або, змінюючись, дасть початок іншим видам. Вид, як правило, охоплює багато популяцій. Ізоляція між ними майже ніколи не буває абсолютною. Між окремими популяціями відбувається обмін особинами завдяки міграціям. Ступінь ізольованості залежить від здатності особин до розселення, від наявності географічних перешкод у межах ареалу виду, характеру середовища існування. Так, наприклад, рослини, які ростуть під деревами, у лісостеповій зоні будуть представлені окремими ізольованими популяціями, а у лісовій цей вид матиме суцільне поширення і межі між популяціями буде важко окреслити. Ізольованість популяції залежить і від чисельності виду. Так, швидке зростання чисельності гризунів приводить до активного розселення, межі між окремими територіями популяцій можуть зникати.

Кожна популяція має певний віковий і статевий склад; чисельність особин в ареалі може коливатися від кількох сотень до кількох тисяч. Чим менша популяція, тим більша загроза її вимирання. (Наведіть приклади популяцій окремих видів рослин і тварин. Який їх кількісний склад?) За статевим складом популяція, як правило, характеризується однаковим співвідношенням самок і самців. (Пригадайте винятки з цього правила, поясніть їх причини).

Слід зазначити, що не тільки види рослин і тварин складаються з популяцій. У генетиці людини популяцією називають групу осіб, які займають певну територію і вільно одружуються. Межі, що розділяють людей від шлюбу, можуть бути не тільки географічні, але й соціальні, релігійні. Великі популяції людей, як правило, складаються не з однієї, а з кількох антропологічних груп, які відрізняються за походженням, і розселені на великій території. Для сучасних людських популяцій властиве зростання і руйнування шлюбних ізолятів, які існували раніше, наприклад географічних.

Біогеоценотичний (екосистемний) рівень, його елементарною одиницею є екосистеми — біогеоценози (від грец. біо — життя, гео — земля і ценос — загальний) — сталі угруповання популяцій бактерій, рослин, грибів, тварин, які пов’язані між собою ланцюгами живлення, а також середовищем їх існування. Біогеоценози утворюються в процесі історичного розвитку, для них характерна сталість. Цей рівень організації вивчає екологія, зокрема водні екосистеми — гідробіологія (від грец. гідро — вода і біологія). Головним об’єктом цих досліджень є потоки речовини та енергії.

Біосферний (від грец. біос — життя, сфера — шар) — найвищий рівень біологічної організації. Характерний для цього рівня процес — кругообіг речовин та енергії в біосфері, який забезпечує цілісність життя на Землі.

Біосфера — це сукупність усіх живих організмів разом із середовищем існування. Діяльність живих організмів поєднує всі оболонки Землі у єдину цілісну систему, де відбувається обмін речовин та енергії. Життя у біосфері підтримується за допомогою сонячної енергії, яку ви користовують зелені рослини у процесі фотосинтезу. Енергія світла перетворюється при цьому на хімічну.

За останніми даними, верхня межа біосфери обмежується озоновим шаром і сягає 22 км над рівнем моря. В океанах нижня межа життя досягає глибини 10-11 км.У тверду земну оболонку (літосферу), де межа життя обмежується високою температурою, організми проникають на глибину 4-7 км. (Наведіть приклади живих організмів, які існують на межі біосфери.)

Біосфера — екосистема найвищого рівня.