Особенности биологического уровня организации материи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности биологического уровня организации материи

Введение

биология живой материя клеточный

Все объекты живой и неживой природы можно представить в виде определенных систем, обладающих конкретными особенностями и свойствами, характеризующими их уровень организации. С учетом уровня организации можно рассматривать иерархию структур организации материальных объектов живой и неживой природы. Такая иерархия структур начинается с элементарных частиц, представляющих собой первоначальный уровень организации материи, и заканчивается живыми организациями и сообществами ? высшими уровнями организации.

Изучением живой природы занимается биология. Биология ХХ века углубила понимание существенных черт живого, раскрыла молекулярные основы жизни. В основе современной биологической картины мира лежит представление о том, что мир живого - это грандиозная система высокоорганизованных систем.

Жизнь на Земле представлена организмами определенного строения, относящимися к определенным систематическим группам, а также сообществами разной сложности. Вся живая природа представляет собой совокупность биологических систем. На любом уровне каждая живая система уникальна и отличается от себе подобных. На основании особенностей проявления свойств живого выделяют несколько уровней организации живой природы, которые будут рассмотрены в данной работе.

Цель данной работы - дать представление о структуре живой материи, наиболее общих её законах, познакомиться с многообразием живой природы и историей её развития на Земле.

Основные задачи работы:

1. Изучить предмет биологии как науки

2. Рассмотреть структуру биологии и этапы её развития.

3. Выявить сущность живого и охарактеризовать его основные признаки.

1. Предмет биологии как науки

Биология - это наука о живом, его строении, формах активности, сообществах живых организмов, их распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой. Современная биологическая наука - результат длительного процесса развития. Наряду с физикой, химией, математикой биология относится к естественным наукам, которая изучает природу. Её название возникло из сочетания двух греческих слов: bios (жизнь) и logos (слово, учение). Как особая наука биология выделилась из естественных наук в XIX веке. Термин «биология» введён в 1802 г. Ж.Б. Ламарком и Г.Р. Тревиранусом независимо друг от друга для обозначения науки о жизни как особом явлении природы. Предметом исследования биологии является многообразие ныне существующих и вымерших организмов, их происхождение, эволюция, распространение, строение, функционирование и индивидуальное развитие, связи друг с другом и с окружающей их неживой природой. Основными задачами биологии являются: изучение всех биологических закономерностей, раскрытие общих свойств живых организмов и объяснение причин их многообразия. Особенность современной биологии заключается в утверждении принципа единства главных механизмов жизнеобеспечения, осознании роли эволюционного процесса в существовании и изменениях органического мира, который включает и человека, признании первостепенной важности экологических закономерностей с распространением их на человека.

1.1 Основные этапы развития биологии

Изучение мира живых существ началось одновременно с образованием человеческого общества. Интерес к познанию живого у человека был связан с его важнейшими потребностями - в пище, одежде, лекарствах, жилье и т.д. Биология как наука о закономерностях жизни прошла определённый путь, на отдельных этапах которого возникали новые способы познания биологических явлений и механизмов.

В развитии биологии выделяют три основных этапа, каждый из которых связан с изменением представлений и мире живого:

· Первый этап - систематики (Карл Линней);

· Второй этап - эволюционный (Чарльз Дарвин);

· Третий этап - микробиологии (Грегор Мендель).

Первый этап - систематика.

Потребность в упорядочении быстро накапливающихся знаний привела к необходимости систематизировать их. Создаются практические системы, в которых растения и животные объединяют в группы в зависимости от их пользы для человека или приносимого ими вреда. Однако учёных классификация живых организмов по признаку полезности удовлетворить не могла. Они искали такие свойства, которые позволили бы объединять растения и животных в группы по сходству в строении и жизнедеятельности. Первоначально в основу систематики брали один или небольшое число произвольно выбранных признаков. При этом в одну и ту же группу попадали совершенно неродственные организмы. На протяжении XVI-XVII вв. продолжалась работа по описанию животных и растений, их систематизации. Большой вклад в создание системы природы внёс выдающийся шведский естествоиспытатель Карл Линней, прославившийся как основоположник принципов и методов систематики органического мира. Его основной труд - это «Система природы», надо которой он продолжал работать всю жизнь. Линней установил принцип иерархичности систематических категорий, в сильнейшей степени способствовал утверждению мысли о том, что соседние таксоны (группа живых организмов, объединённых на основании определенных методов классификации) связаны не только сходством, но и родством, что чем дальше расположены в системе таксоны, тем меньше степень их родства. В классификации Карла Линнея таксоны были выстроены в следующую иерархическую структуру, уровни которой получили названия рангов: царство, класс, отряд, род, вид, разновидность. Учёный описал более 8000 видов растений и свыше 4000 видов животных, установил единообразную терминологию и порядок описания видов.

Линней создал самую совершенную для того времени систему органического мира, включив в неё всех известных тогда животных и все известные растения.

Второй этап - эволюционный.

Клеточная теория, положения молекулярной биологии, законы наследственности обосновывают идею единства современного органического мира. То, что живое представляет собой единство в историческом плане, вытекает из существа теории эволюции, созданной Ч. Дарвиным (1858). Эволюционная теория объясняет единство органического мира общностью происхождения. Она описывает универсальный механизм, посредством которого возникает разнообразие живых форм, приспособленных к среде обитания и отличающихся прогрессивно повышающимся уровнем структурно-физиологической организации. Теория эволюции обращает внимание на генетическое родство живых форм, которое заключается в преемственности фундаментальных механизмов развития и жизнедеятельности. Она указывает на условность грани между живой и неживой природой. Результаты исследований молекулярного и атомарного состава тканей живых существ, синтез в искусственных условиях соединений, свойственных только живому, доказали возможность в истории Земли перехода от неживого к живому. Эволюционная теория поставила на научную основу проблему антропогенеза и указала на единство природы и человека. Принцип клеточной организации, молекулярные механизмы жизнедеятельности, генетические законы распространяются на человека. Эволюционная теория обосновывает представление о биологическом наследстве людей и описывает механизмы его формирования.

Крупнейшим завоеванием XIX в. было эволюционное учение Ч. Дарвина, изложенное им в труде «Происхождение видов путём естественного отбора, или сохранение избранных пород в борьбе за жизнь» (1859 г.), в корне изменивший представления о живой природе. Этому событию предшествовала более чем двадцатилетняя работа по изучению и осмыслению богатого фактического материала, собранного как самим Ч. Дарвином, так и другими учёными.

Третий этап - биология микромира.

Мендель Грегор Иоганн (1822-1884) - основатель учения о наследственности, положившего начало генетике. В 1856-1863 гг., интересовавшийся распределением родительских признаков у потомков растительных организмов, провёл в монастырском саду обширную серию опытов по скрещиванию сортов гороха (в общей сложности получил более 10 тыс. гибридов). Благодаря строго продуманному и тщательному проведению экспериментов, удачному выбору объекта и анализируемых признаков (чётких, хорошо различимых) и математической обработке полученных данных Менделю удалось сформулировать ряд закономерностей в передаче и распределении наследственных факторов и соответствующих им признаков. Результаты своих опытов он сообщил на заседании общества естествоиспытателей, после чего опубликовал ставшую впоследствии знаменитой статью «Опыты над растительными гибридами» (1866). Разработанные Менделем методы гибридологического анализа позволили ему впервые доказать существование материальных наследственных единиц (генов). Работа Менделя, не понятая современниками, была забыта и лишь в 1900 г. заново обнаружена и подтверждена другими учёными, пришедшими (независимо друг от друга) к таким же выводам. Учение Менделя стало известно как менделизм.

1.2 Структура биологии как науки

Современная биология - продукт длительного развития научного познания, динамическая система эмпирических и теоретических, чувственных и рациональных знаний о живом, которая принадлежит человечеству и которая накапливалась веками. С течением истории неустанно накапливались биологические знания, развивались и подвергались интеграции и дифференциации. В связи с этим можно сказать что современная биология - это комплекс целого ряда наук о живой природе. Структуру её можно рассматривать с разных точек зрения:

В настоящее время биология представляет собой целый комплекс наук о живой природе. Структуру его можно рассматривать с разных точек зрения:

* По предмету изучения биология подразделяется на микробиологию, изучающую мир бактерий; ботанику, исследующую строение и жизнедеятельность растений; зоологию, предметом которой являются животные и т.д.

* По общим свойствам живых организмов в биологии выделяются: генетика (закономерности наследования признаков); экология (взаимоотношения популяций с окружающей средой); физиология (функции живых организмов); морфология (строение живых организмов).

* По уровню организации живой материи выделяются такие научные дисциплины, как молекулярная биология; цитология - учение о клетке; гистология - учение о тканях и т.д.

В самых разных областях биологии всё больше возрастает значение пограничных дисциплин, связывающих биологию с другими науками - физикой, химией, математикой, кибернетикой и т.д. Так возникли биофизика, биохимия, бионика, радиобиология, космическая биология, социобиология и др.

Эта многоплановость комплекса биологических наук обусловлена многообразием самого органического мира. Сведения о составе современной биосферы всё время уточняются и поэтому их можно считать лишь ориентировочными. По мнению М.М. Камшилова, считающегося авторитетным исследователем в области биологии, биологи до настоящего времени обнаружили и изучили более миллиона видов животных, 265500 видов растений, несколько сотен тысяч видов грибов, около трёх тысяч видов бактерий. Согласно данным К. Вилли и В. Детьена на поверхности Земли в настоящее время существует чуть больше миллиона видов животных и около 400 тысяч видов растений. Таким образом, теоретическое освоение живого мира вовсе неисчерпаемо. В настоящее время предполагается, что на Земле ещё остаётся не менее миллиона неизученных доселе живых организмов.

2. Сущность живого и его основные признаки

Важнейшим инструментом познания биологического мира служит категория «живого», являющаяся исходной для всей многообразной системы биологических наук. В чем сущность живого? Интуитивно мы все понимаем разницу между живым и неживым. Однако при попытке определить сущность живого возникают трудности. Так, один из авторов предложил следующее «глубокомысленное» определение: живой организм - это тело, слагаемое из живых объектов; неживое тело - слагаемое из неживых объектов. Но кроме подобных, явно бессодержательных, имеются и другие, научные определения. Однако и они на поверку оказываются неполными и потому уязвимыми. Широко известно, например, определение, данное Ф. Энгельсом, что жизнь - это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. Но ведь и живая мышь, и горящая свеча с физико-химической точки зрения находятся в одинаковом состоянии обмена веществ с внешней средой, равно потребляют кислород и выделяют углекислый газ, но в одном случае - в результате дыхания, а в другом - в процессе горения. Этот простой пример показывает, что обмениваться веществами с окружающей средой могут и неживые объекты. Таким образом, обмен веществ является хотя и необходимым, но недостаточным критерием определения жизни, впрочем, как и наличие белков. Можно сделать вывод, что дать точное определение жизни весьма непросто. Это люди поняли очень давно.

С учетом современного уровня знаний одно из наиболее полных определений жизни дал российский ученый М.В. Волькенштейн: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот». Здесь подчеркивается значение нуклеиновых кислот, обеспечивающих преемственность признаков и свойств. Из всего сказанного становится ясным, что дать точное определение жизни - довольно сложная работа. Поэтому современная биология при описании живого идет по пути перечисления основных свойств живых организмов, отличающихся от неживых:

1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение элементов в живом и неживом неодинаково. Элементный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, магнием, алюминием и т.д. В живых организмах 98% химического состава приходится на четыре элемента: углерод, кислород, азот и водород, и, кроме того, живые организмы построены в основном из четырех крупных групп сложных органических молекул - биологических полимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, жиров, которые редко встречаются в неживой природе.

2. Обмен веществ и энергии. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой - поглощают из нее необходимые вещества и выделяют продукты жизнедеятельности. Обмен веществ - двусторонний процесс: во-первых, в результате ряда сложных химических превращений вещества из окружающей среды уподобляются органическим веществам живого организма и из них строится его тело; во-вторых, сложные органические соединения распадаются на простые, при этом утрачивается их сходство с веществами организма и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения всех частей организма и, как следствие, постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, т.е. обеспечивает гомеостаз. В неживой природе также существует обмен веществ. Но небиологический круговорот веществ сводится к простому переносу их с одного места на другое или изменению их агрегатного состояния, например превращению воды в пар или лед.

3. Раздражимость. Способность реагировать на внешнее раздражение - универсальное свойство всех видов живых существ, как растений, так и животных. Живые организмы реагируют на окружающую среду на основе активной целенаправленной обратной реакции, чаще в виде рефлексов и таксисов. Живым организмам присущи различные таксисы (химический, световой, тепловой, гравитационный и т.д.). Человек сохранил на уровне сознания лишь некоторые из них. Мы реагируем на свет, вкус, запах, звук, прикосновения, гравитацию, тепло, иногда на магнитное поле Земли. Многие другие факторы среды мы или не ощущаем, или оно для непереносимо, например, электричество.

4. Способность к росту и развитию. Это свойство, присущее любому живому организму. Расти - значит увеличиваться в размерах и массе с сохранением общих черт строения. Рост сопровождается развитием. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта. 
Развитие живой формы материи представлено индивидуальным и историческим развитием. На протяжении индивидуального развития постепенно и последовательно проявляются все свойства организмов. Историческое развитие сопровождается образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни. В результате исторического развития возникло все многообразие жизни на Земле.

5. Размножение. Является способностью живого к самовоспроизведению. Размножение связано с явлением передачи наследственной информации и является самым характерным признаком живого. Жизнь любого организма ограничена, но в результате размножения живая материя «бессмертна».

6. Движение. Организмы способны к более или менее активному движению. Это один из ярких признаков живого. Движение происходит и внутри организма, и на уровне клетки.

7. Саморегуляция. Одним из самых характерных свойств живого является постоянство внутренней среды организма при изменяющихся внешних условиях. Регулируются температура тела, давление, насыщенность газами, концентрация веществ и т.д. Явление саморегуляции осуществляется не только на уровне всего организма, но и на уровне клетки. Кроме того, благодаря деятельности живых организмов саморегуляция присуща и биосфере в целом. Саморегуляция связана с такими свойствами живого, как наследственность и изменчивость.

8. Наследственность. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Она обусловлена относительной стабильностью, т.е. постоянством строение ДНК.

9. Изменчивость. Под изменчивостью понимают способность организмов приобретать новые признаки и свойства на основе изменения молекул ДНК. Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора и соответственно предпосылки для развития и роста живых организмов.

Живые организмы отличаются своей исключительной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядочностью. Живое представляет собой особую, высшую ступень развития материи. Из совокупности этих признаков вытекает следующее обобщённое определение сущности живого: жизнь есть форма существования сложных, открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению.

3. Уровни организации материи

Мир живой природы представляет собой совокупность биологических систем разного уровня организации. Они находятся в непрерывном взаимодействии. Живым системам независимо от уровня организации присущи общие черты. Учёные выделяют несколько уровней организации живой материи:

1. Молекулярный. Элементарными единицами этого уровня организации жизни являются химические вещества; нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, липиды и др. На этом уровне в основном проявляются такие важнейшие процессы жизнедеятельности, как передача наследственной информации, биосинтез, превращение энергии и др. Основная стратегия жизни на молекулярном уровне - способность создавать живое вещество и кодировать информацию, приобретенную в меняющихся условиях среды.

2. Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица, а также единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Она может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы), так и в составе тканей многоклеточных животных, растений, грибов. Единственное исключение из этого правила - вирусы, представляющие собой неклеточные формы жизни, но вирусы могут проявлять свойства живых систем только в клетках. Содержимое клетки именуется протоплазмой. В каждой клетке имеется генетический аппарат, который обычно заключен в ядре, отделенном мембранами от цитоплазмы.

3. Тканевый. Ткань представляет собой совокупность клеток и межклеточного вещества, объединенных общностью происхождения, строения и выполняемой функции. В животных организмах выделяют четыре основных типа ткани: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную. В растениях различают образовательные, покровные, проводящие, механические, основные и выделительные (секреторные) ткани.

4. Органный. Орган - это обособленная часть организма, имеющая определенную форму, строение, расположение и выполняющая конкретную функцию. Орган, как правило, образован несколькими тканями, среди которых одна (две) преобладает.

5. Организменный. Многоклеточный организм представляет собой целостную систему органов и тканей, специализированных для выполнения различных функций. Ткань - совокупность сходных по строению клеток, объединенных выполнением общей функции. Орган - это структурно-функциональное объединение нескольких типов тканей. Например, кожа человека как орган включает эпителий и соединительную ткань, которые вместе выполняют целый ряд функций; из них наиболее значительная - защитная.

6. Популяционно-видовой. Популяция как система надорганизменного порядка - это совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания. В данной системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования. Основная стратегия популяционно-видового уровня проявляется в более полном использовании возможностей среды обитания, в стремлении к возможно более длительному существованию, в сохранении свойств вида и самостоятельном развитии.

7. Биогеоценотический. Основными структурными элементами этого уровня являются популяции разных видов. Данный уровень характеризуется множеством свойств. К ним относятся: структура экосистемы, видовой и количественный состав ее населения, типы биотических связей, пищевые цепи и сети, продуктивность, энергетика, устойчивость и др. Организующие свойства проявляются в круговороте веществ и потоке энергии, саморегулировании и устойчивости, автономности, открытости системы, сезонных изменениях. На этом уровне активно проявляется использование всего многообразия окружающей среды и создание благоприятных условий развития и процветания жизни во всем ее многообразии.

8. Биосферный. Является самым высоким уровнем организации жизни. Основными структурными единицами этого уровня являются биогеоценозы (экосистемы) и окружающая их среда, т.е. географическая оболочка Земли (атмосфера, гидросфера, почва, солнечная радиация и др.) и антропогенное воздействие. Для этого уровня организации характерны: активное взаимодействие живого и неживого вещества планеты; биологический круговорот веществ и потоки энергии с входящими в него геохимическими циклами; хозяйственная и этнокультурная деятельность человека. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.

На каждом уровне организации живой материи существуют свои специфические особенности, поэтому в любых биологических исследованиях, как правило, какой-то определенный уровень является ведущим.

Заключение

Вся живая природа представляет собой сложно организованную иерархическую систему, более высокий уровень организации материи, поднявшийся на необыкновенную высоту по сравнению со ступенью неживой природы. Она отражает общую структуру эволюционного процесса, закономерным результатом которого является человек.

Познание сущности живой материи - проблема, представляющая значительный интерес для многих наук, но в первую очередь для биологии и философии. Её разрешение имеет большое значение для биологии, поскольку знание сущности живого необходимо для глубокого понимания содержания и взаимосвязи процессов, протекающих в живой материи, и особенностей её структуры. Разрешение данной проблемы важно и для философии, так как оно создаёт необходимую основу понимания того, в чём состоит качественное различие между живой и неживой формами движущейся материи.

Достижения биологических наук в изучении жизненных явлений, всё более глубокое проникновение в сущность отдельных процессов жизни, открытие законов существования организмов и т.д. делают всё более ясной и отчётливой многообразную панораму живой природы. Успехи в изучении живой материи таких наук, как физика, химия, кибернетика, с их специфической методикой познания объективного мира открывают ещё более широкие возможности для всестороннего и глубокого проникновения в своеобразные черты и свойства живых материальных структур, в особенности функционирования различных элементов живой материи.

Теоретическое обобщение всей совокупности накопленных естествознанием фактов должно, в конечном счете, привести к открытию того, что лежит в основе всех внутренне присущих живой материи явлений и процессов, протекающих на различных уровнях живого, что определяет характер взаимосвязей разнообразных живых материальных структур, а также обусловливает единство живой природы и неорганической среды.

Размещено на Allbest.ru