1.3 Уровни организации живой материи. Методы биологии

Вопрос 1. Как вы считаете, в чем заключается необходимость выделения различных уровней ор­ганизации живой материи?

В процессе эволюции происходило посте­пенное усложнение организации живой мате­рии, причем по мере образования очередного уровня предыдущий входил в него как состав­ная часть. В результате окружающий нас мир живых существ представляет собой совокуп­ность биологических систем разной степени сложности. Это и обуславливает необходи­мость выделения различных уровней органи­зации живой материи. Чрезвычайно важно также то, что объединение нескольких систем, принадлежащих к одному уровню (например, клеток), дает не просто арифметическую сум­му их свойств. Происходит подъем на качест­венно более высокую ступень, и новая система обладает расширенными возможностями и способностями (ткань, многоклеточный орга­низм).

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 подобных 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 (см. ответ на вопрос 3). 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 средой, 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 материала. 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.