Научная электронная библиотека
Хамзина Ш. Ш., Жумабекова Б. К.,
5.1. Основы биологической организации, биогенные элементы, биоресурсы биосферы
Для того чтобы иметь возможность прогнозировать последствия воздействия хозяйственной деятельности человечества на природную среду, следует знать характер взаимодействия животного и растительного мира с неживой природой и изучить «опыт» природных сообществ, которые в течение миллиардов лет своего существования умели избавляться от отходов жизнедеятельности, не загрязняя среду обитания благодаря замкнутому кругообороту вещества.
Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить ее на ряд уровней. Уровень организации живой материи – это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерархии живого. Выделяют следующие уровни:
1. Молекулярный. На этом уровне проявляются такие процессы жизнедеятельности, как обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации.
2. Клеточный. Клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живого.
3. Тканевой. Ткань – совокупность структурно сходных клеток, также связанных с ними межклеточных веществ, объединенных выполнением определенных функций.
4. Органный. Орган – часть многоклеточного организма, выполняющая определенную функцию или функции.
5. Организменный. Организм – реальный носитель жизни, характеризующийся всеми ее признаками.
6. Популяционно-видовой. Популяция – совокупность особей одного вида, образующих обособленную генетическую систему и населяющих пространство с относительно однородными условиями обитания. Вид – совокупность популяций, особи которых способны к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и занимают определенную область географического пространства (ареал).
7. Биоценотический. Биоценоз – совокупность организмов разных видов различной сложности организации, обитающих на определенной территории. Если при этом учитываются и абиотические факторы среды обитания, то говорят о биогеоценозе.
8. Биосферный. Биосфера – оболочка Земли, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов. Необходимо отметить, что биосферный уровень организации живой материи часто не выделяют, поскольку биосфера представляет собой биокосную систему, включающую не только живое вещество, но и неживое.
На рис. 24 представлена схема иерархической организации природных систем и показано, что предметом изучения экологии являются объекты организменного, популяционно-видового, биоценотического и биосферного уровней организации в их взаимодействии с окружающей средой.
Все уровни организации жизни находятся в сложном взаимодействии как части единого целого. На каждом уровне действуют свои закономерности, определяющие особенности эволюции всех форм организации живого. Способность к эволюции выступает как атрибут жизни, непосредственно вытекающий из уникальной способности живого к самовоспроизведению дискретных биологических единиц. Специфические свойства жизни обеспечивают не только воспроизведение себе подобных (наследственности), но и необходимые для эволюции изменения самовоспроизводящих структур (изменчивость).
Биологические ресурсы – это живые источники получения необходимых человеку материальных благ (пищи, сырья для промышленности, материала для селекции культурных растений, сельскохозяйственных животных и микроорганизмов, для рекреационного использования).
Важнейшая составляющая среды обитания человека это – растения, животные, грибы, водоросли, бактерии, а также их совокупности – сообщества и экосистемы (леса, луга, водные экосистемы, болота и др.).
За счет способности организмов размножаться все биологические ресурсы являются возобновимыми, однако человек должен поддерживать условия, при которых возобновимость биологических ресурсов будет осуществляться. При современной системе использования биологических условий значительной их части угрожает уничтожение.
Рис. 24. Схема иерархической организации природных систем
Растительные организмы – они представлены как культурными, так и дикорастущими растениями. Насчитывается почти 6 тыс. видов культурных растений. Но наиболее распространенных видов сельскохозяйственных культур на Земле лишь 80–90, а самых распространенных всего 15–20: пшеница, рис, кукуруза, ячмень и т.д.
Животные организмы – это составная часть биосферы, она представляют собой жизненно важный ресурс человечества, относящийся к категории возобновимых. На земном шаре насчитывается несколько миллионов видов животных (их значительно больше, чем растений), некоторые из них относятся к домашним, другие к промысловым и т.д.
Источник
Биологическая организация — Biological organisation
Биологическая организация это иерархия из сложный биологический структуры и системы которые определяют жизнь используя редукционистский подход. [1] Традиционная иерархия, как подробно описано ниже, простирается от атомы к биосферы. Более высокие уровни этой схемы часто называют экологическая организация концепция, или как поле, иерархическая экология.
Каждый уровень иерархии представляет собой увеличение организационной сложность, причем каждый «объект» в основном состоит из базовой единицы предыдущего уровня. [2] Основным принципом организации является концепция появление— свойства и функции, обнаруженные на иерархическом уровне, не присутствуют и не имеют значения на более низких уровнях.
Биологическая организация жизни является фундаментальной предпосылкой для многих областей научное исследование, особенно в медицинские науки. Без этой необходимой степени организации было бы гораздо труднее — и, вероятно, невозможно — применить исследование эффектов различных физический и химический явления для болезни и физиология (функция тела). Например, такие поля, как познавательный и поведенческая нейробиология не могло бы существовать, если бы мозг не состоял из определенных типов клеток, а основные концепции фармакология не могло бы существовать, если бы не было известно, что изменение на клеточном уровне может повлиять на весь организм. Эти приложения распространяются на экологический уровни тоже. Например, ДДТпрямой инсектицидный эффект происходит в субклеточный уровень, но влияет на более высокие уровни, включая несколько экосистемы. Теоретически смена одного атом может изменить весь биосфера.
Содержание
Уровни
Простая стандартная схема биологической организации от самого низкого до самого высокого уровня выглядит следующим образом: [1]
| Для уровней меньше атомов см. Субатомная частица | ||
| Бесклеточный уровень и Доклеточный уровень | Атомы | |
| Молекула | Группы атомов | |
| Биомолекулярный комплекс | Группы (био) молекул | |
| Субклеточный уровень | Органелла | Функциональные группы биомолекул, биохимические реакции и взаимодействия |
| Сотовый уровень | Клетка | Основная единица всего живого и группировка органелл |
| Сверхклеточный уровень (Многоклеточный уровень) | Ткань | Функциональные группы ячеек |
| Орган | Функциональные группы тканей | |
| Система органов | Функциональные группы органов | |
| Экологические уровни | Организм | Базовая живая система, функциональная группа компонентов нижнего уровня, включая как минимум одну клетку |
| численность населения | Группы организмов одного и того же разновидность | |
| Сообщество (или же биоценоз) | Межвидовой группы взаимодействующих популяций | |
| Экосистема | Группы организмов из всех биологических домены в сочетании с физическим (абиотический) среда | |
| Биом | Континентального масштаба (климатически и географически смежные области со сходными климатическими условиями) группировка экосистем. | |
| Биосфера или же Экосфера | Вся жизнь на Земле или вся жизнь плюс физическая (абиотическая) среда [3] | |
| Для уровней, больших, чем Биосфера или Экосфера, см. Расположение Земли во Вселенной | ||
Более сложные схемы включают намного больше уровней. Например, молекулу можно рассматривать как группу элементы, а атом можно разделить на субатомные частицы (эти уровни выходят за рамки биологической организации). Каждый уровень также может быть разбит на свою собственную иерархию, и определенные типы этих биологических объектов могут иметь свою собственную иерархическую схему. Например, геномы можно далее подразделить на иерархию гены. [4]
Каждый уровень иерархии можно описать его нижними уровнями. Например, организм может быть описан на любом из его компонентных уровней, включая атомный, молекулярный, клеточный, гистологический (ткань), уровни органа и системы органов. Более того, на каждом уровне иерархии появляются новые функции, необходимые для управления жизнью. Эти новые роли не являются функциями, которые могут выполнять компоненты нижнего уровня, и поэтому называются эмерджентные свойства.
Каждый организм организован, хотя и не обязательно в одинаковой степени. [5] Организм не может быть организован на гистологический (тканевый) уровень, если он не состоит в первую очередь из тканей. [6]
Основы
Эмпирически видно, что большая часть (сложных) биологических систем, которые мы наблюдаем в природе, имеют иерархическую структуру. Теоретически мы могли ожидать, что сложные системы будут иерархиями в мире, в котором сложность должна возникать из простоты. Система анализ иерархий, выполненный в 1950-х годах, [7] [8] заложил эмпирические основы для поле это было бы с 1980-х годов, иерархическая экология. [9] [10] [11] [12] [13]
Теоретические основы обобщены термодинамикой. биологические системы моделируются как физические системы, в самом общем виде они термодинамические открытые системы эта выставка самоорганизованный поведение, и набор / подмножество отношения между диссипативные структуры можно описать в виде иерархии.
Более простой и прямой способ объяснить основы «иерархической организации жизни» был введен в Экология к Odum и другие как «Саймон»иерархический принцип»; [14] Саймон [15] подчеркнули эту иерархию «возникает почти неизбежно в результате широкого разнообразия эволюционных процессов по той простой причине, что иерархические структуры стабильны«.
Чтобы мотивировать эту глубокую идею, он предложил свою «притчу» о воображаемых часовщиках.
| Притча о часовщиках | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Для уровней, меньших, чем атомы, см. » Субатомная частица». | ||
| Бесклеточный уровень и доклеточный уровень | Атомы | |
| Молекула | Группы атомов | |
| Биомолекулярный комплекс | Группы (био) молекул | |
| Субклеточный уровень | Органелла | Функциональные группы биомолекул, биохимические реакции и взаимодействия |
| Сотовый уровень | Клетка | Основная единица всего живого и группировка органелл |
| Сверхклеточный уровень (многоклеточный уровень) | Салфетка | Функциональные группы ячеек |
| Орган | Функциональные группы тканей | |
| Система органов | Функциональные группы органов | |
| Экологические уровни | Организм | Базовая живая система, функциональная группа компонентов нижнего уровня, включающая как минимум одну клетку. |
| Население | Группы организмов одного вида | |
| Сообщество (или биоценоз ) | Межвидовые группы взаимодействующих популяций | |
| Экосистема | Группы организмов из всех биологических областей в сочетании с физической ( абиотической ) средой | |
| Биом | Континентальный масштаб (климатически и географически смежные районы со сходными климатическими условиями) группировка экосистем. | |
| Биосфера или Экосфера | Вся жизнь на Земле или вся жизнь плюс физическая (абиотическая) среда | |
| Для уровней, больших, чем Биосфера или Экосфера, см. Положение Земли во Вселенной. | ||
Более сложные схемы включают в себя гораздо больше уровней. Например, молекулу можно рассматривать как группу элементов , а атом можно далее разделить на субатомные частицы (эти уровни выходят за рамки биологической организации). Каждый уровень также может быть разбит на свою собственную иерархию, и определенные типы этих биологических объектов могут иметь свою собственную иерархическую схему. Например, геномы можно подразделить на иерархию генов .
Каждый уровень иерархии можно описать его более низкими уровнями. Например, организм может быть описан на любом из его компонентных уровней, включая атомный, молекулярный, клеточный, гистологический (ткань), уровни органа и системы органов. Более того, на каждом уровне иерархии появляются новые функции, необходимые для управления жизнью. Эти новые роли не являются функциями, на которые способны компоненты нижнего уровня, и поэтому называются эмерджентными свойствами .
Каждый организм организован, хотя и не обязательно в одинаковой степени. Организм не может быть организован на гистологическом (тканевом) уровне, если он изначально не состоит из тканей.
Возникновение биологической организации
Считается, что биологическая организация возникла в раннем мире РНК, когда цепи РНК начали выражать основные условия, необходимые для функционирования естественного отбора, как это было задумано Дарвином : наследуемость, вариативность типа и конкуренция за ограниченные ресурсы. Пригодность репликатора РНК (его скорость увеличения на душу населения), вероятно, была бы функцией присущих ему адаптивных способностей (в том смысле, что они определялись нуклеотидной последовательностью) и доступности ресурсов. Тремя основными адаптивными способностями могли быть: (1) способность воспроизводиться с умеренной точностью (приводящая как к наследуемости, так и к изменчивости типа); (2) способность избегать распада; и (3) способность приобретать и обрабатывать ресурсы. Эти возможности изначально определялись складчатыми конфигурациями репликаторов РНК (см. « Рибозим »), которые, в свою очередь, кодировались бы в их индивидуальных нуклеотидных последовательностях. Конкурентный успех среди различных репликаторов РНК зависел бы от относительных значений этих адаптивных способностей. Впоследствии у более поздних организмов конкурентный успех на последовательных уровнях биологической организации, по-видимому, продолжал зависеть в широком смысле от относительной ценности этих адаптивных способностей.
Основы
Эмпирически видно, что большая часть (сложных) биологических систем, которые мы наблюдаем в природе, имеют иерархическую структуру. Теоретически мы могли ожидать, что сложные системы будут иерархиями в мире, в котором сложность должна возникать из простоты. Анализ системных иерархий, проведенный в 1950-х годах, заложил эмпирическую основу для области , которая с 1980-х годов стала бы иерархической экологией .
Теоретические основы обобщены термодинамикой. Когда биологические системы моделируются как физические системы , в самом общем виде они представляют собой термодинамические открытые системы, которые демонстрируют самоорганизованное поведение, а отношения набор / подмножество между диссипативными структурами можно охарактеризовать в виде иерархии.
Более простой и прямой способ объяснить основы «иерархической организации жизни» был введен Одумом и другими в « Экологии » как « иерархический принцип Саймона »; Саймон подчеркивал, что иерархия « почти неизбежно возникает в результате широкого разнообразия эволюционных процессов по той простой причине, что иерархические структуры стабильны ».
Чтобы мотивировать эту глубокую идею, он предложил свою «притчу» о воображаемых часовщиках.
| Притча о часовщиках |
|---|
