Признаки живого. Уровни организации живого
Конспект урока по биологии (углубленное изучение) в 10 классе «Признаки живого. Уровни организации живого» (УМК Высоцкая, Дымшиц, Рувинский и др). .
Признаки живого.
Уровни организации живого
ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ ЖИВЫХ СИСТЕМ.
Объектом науки общей биологии являются живые системы и их функционирование. Система (от греч. systema — целое, составленное из частей) — совокупность взаимосвязанных элементов, образующих определённое единство. Любое, даже простейшее, живое существо представляет собой систему, образованную множеством молекул, каждая из которых занимает определённое место и выполняет определённую функцию в этой системе (молекулы также представляют собой систему атомов, но это не биологическая, а физико-химическая система).
Дискретность. Под дискретностью понимают нечто состоящее из отдельных частей, прерывистость, дробность. Живая природа на Земле представлена иерархически устроенными системами. Это означает, что простейшие системы живой природы сами являются составными частями более сложноорганизованных систем, которые, в свою очередь, образуют ещё более сложные системы.
Любая биологическая система (например, организм, вид, экосистема) состоит из отдельных, но взаимодействующих частей, образующих структурно-функциональное единство.
Единство химического состава. Несмотря на то что живые организмы построены из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, элементный и молекулярный состав их очень различается. В живых организмах 98% всех атомов приходится на четыре элемента — углерод, кислород, азот и водород, входящие в состав органических соединений и воды.
Такие органические молекулы, как аминокислоты и моносахариды, являющиеся составной частью биополимеров (соответственно белков и полисахаридов), существуют в виде двух форм: правовращающие стереоизомеры (D-стереоизомеры) и левовращающие стереоизомеры (L-стереоизомеры), представляющие зеркальное отражение друг друга. Важнейшей особенностью живой материи является то, что в организмах синтезируются биополимеры, построенные только из «левых» аминокислот и только из «правых» сахаров. Это свойство живой материи называют хиральной чистотой (от греч. cheir — рука).
Обмен веществ и энергии. Одно из важнейших свойств живых систем — то, что они являются открытыми. Такие сложные системы термодинамически неравновесны, их существование невозможно без внешнего источника энергии и веществ, за счёт которых и поддерживается это неравновесие. Прекращение поступления энергии и вещества приводит к гибели биологической системы.
Обмен информацией. Биологические системы очень сложны, они состоят из множества разнородных элементов, связанных между собой прямыми и обратными связями. Наличие прямых и обратных связей подразумевает наличие информации, которой обмениваются элементы системы. Одним из основных свойств живой материи является возникновение, передача и реализация огромного количества информации. Приём и преобразование информации из внешней для данной системы среды реализуются в избирательных реакциях живых систем на внешние воздействия. Живые системы разных уровней представляют собой настоящие компьютеры и компьютерные сети со своими носителями информации, языками кодирования, разнообразными программами и «периферическими устройствами» для реализации этих программ.
Самовоспроизведение. Любой вид состоит из особей, каждая из которых рано или поздно перестанет существовать, но благодаря самовоспроизведению жизнь вида не прекращается. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, которое обусловлено генетической информацией, заложенной в нуклеиновых кислотах.
Самовоспроизведение тесно связано с явлением наследственности: любое живое существо рождает себе подобных. Наследственность заключается в способности организмов передавать информацию о своих признаках и особенностях развития из поколения в поколение. Она обусловлена относительным постоянством строения молекул ДНК.
Изменчивость — приобретение новых признаков и свойств. Изменчивость даёт возможность приспосабливаться к меняющимся условиям среды. В основе наследственной изменчивости лежат изменения генетической информации.
Способность к развитию. Развитие — это изменение строения и функционирования живой системы, приводящее к качественно новому состоянию. Различают индивидуальное и историческое развитие. В ходе индивидуального развития биологическая система возникает (например, в результате размножения клеток или организмов, синтеза ДНК), а затем постепенно и последовательно проявляет свои свойства.
Индивидуальное развитие обычно ограничено во времени. Историческое развитие живого — эволюция происходит постоянно, начиная с момента возникновения жизни около 4 млрд лет назад. Результатом эволюции является всё многообразие живого на Земле.
Раздражимость. Все живые системы обладают раздражимостью — способностью реагировать на внешние воздействия. Эта реакция заключается в изменении состояния системы. Она даёт возможность оперативно приспосабливаться к условиям постоянно меняющейся среды.
УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ.
Выделяют молекулярный, клеточный, органно-тканевый, организменный, популяционно-видовой, экосистемный и биосферный уровни организации живого.
Молекулярный. Самыми мелкими «кирпичиками» живой материи являются макромолекулы — нуклеиновые кислоты и белки. Именно на молекулярном уровне начинаются сложные процессы обмена веществ и энергии, передача наследственной информации и реализация её в виде синтезируемых белков и любых других соединений, образуемых с помощью белков-ферментов. Макромолекулы — основа живого, они являются элементами различных систем, но сами по себе они не могут считаться живыми, так как не обладают всей полнотой свойств живого.
Клеточный. 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. Клетка — низшая система в иерархии живого, которой присущи все без исключения свойства живого.
Органно-тканевый уровень характерен только для многоклеточных организмов. Клетки и образованные из них части целого организма представляют собой высокоспециализированные системы, предназначенные для выполнения достаточно узкого спектра функций.
Организменный. Каждый организм представляет собой совокупность упорядоченно взаимодействующих органов и тканей. Элементарной единицей организменного уровня служит особь, которая рассматривается в развитии — от момента зарождения до прекращения существования.
Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединённую общим местом обитания, называют популяцией. Это надорганизменная система. В ней осуществляются элементарные эволюционные преобразования.
Экосистемный. В процессе совместного исторического развития организмов разных систематических групп образуются динамичные устойчивые сообщества. Экосистема — это биологическая система, которая объединяет сообщество организмов разных видов и среду их обитания на определённой территории или акватории. В экосистемах организмы и среда связаны друг с другом в первую очередь потоками вещества и энергии.
Биосферный. Биосфера — совокупность всех экосистем, система, охватывающая все проявления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов.
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ.
Методы исследования живых систем очень разнообразны. Каждому уровню организации живой материи соответствует свой набор методов. Но все частные методы можно объединить в несколько больших групп, общих не только для биологических наук, но и для естествознания в целом.
Методы наблюдения позволяют регистрировать биологические явления. Для того чтобы выяснить сущность явления, необходимо прежде всего собрать фактический материал и описать его. Собирание и описание фактов было основным приёмом исследования в ранний период развития биологии, однако он не утратил значения и в настоящее время. Эти методы широко используют в зоологии, ботанике, экологии, этологии (науке о поведении).
Ещё в XVIII в. широко применялись сравнительные методы, позволяющие через сопоставления изучать сходство и различия организмов и их частей. На этих принципах была основана систематика, создана клеточная теория и т. д. Применение сравнительных методов в анатомии, палеонтологии, эмбриологии и других науках способствовало утверждению эволюционных представлений в биологии.
Сравнительно-исторические методы позволяют восстанавливать недоступные непосредственному наблюдению эволюционные события.
Экспериментальные методы связаны с целенаправленным созданием ситуации, которая помогает исследователю изучать то или иное явление. Эти методы позволяют исследовать единичные явления и добиваться их повторяемости при воспроизведении тех же условий. Эксперименты, в отличие от других методов, позволяют вскрыть сущность явления. Блестящий экспериментатор И. П. Павлов (1849—1936) говорил: «Наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берёт у природы то, что он хочет».
К новым методам исследования в современной биологии можно отнести моделирование — изучение какого-либо процесса в целом или его части на модели. Модель может быть образной либо знаковой, т. е. математической. В последнем случае характеристики в модели выражены в математической форме, и дальнейшее экспериментирование сводится к определённым математическим действиям. Преимущества экспериментов на модели заключаются в том, что можно смоделировать такие условия, которые не могут быть созданы реально. Например, с помощью моделирования можно выяснить последствия ядерной войны для биосферы.
Биология относится к ведущим отраслям естествознания, она служит теоретической основой медицины, агрономии, селекции, ветеринарии и биотехнологии, а также всех тех отраслей производства, которые связаны с живыми организмами.
В XX в. стала развиваться бионика — инженерная дисциплина, целью которой является применение в технических устройствах принципов, «изобретённых» природой. Бионика применяет знания, полученные при изучении живых систем, для конструирования всё более совершенных машин, зданий, вычислительной техники и т. п. Инженеры, работающие в области нанотехнологий, используют достижения молекулярной биологии для создания самовоспроизводящихся нано-роботов на основе искусственно синтезированных ДНК-подобных молекул.
Совершенно необходимо знание биологии для рационального использования естественных ресурсов, бережного отношения к природе, правильного ведения природоохранных мероприятий. Не случайно эксперты ООН считают, что условием существования человечества на Земле является биологическая грамотность общества.
Вопросы и упражнения:
- Перечислите классические и современные направления биологии. Какой из современных разделов биологии развивается наиболее интенсивно и почему?
- Какие задачи стоят перед биологами в наше время? Какие разделы биологии призваны решить эти задачи?
- Сравните открытые и изолированные системы. Приведите примеры открытых и изолированных систем. Ответ оформите в тетради в виде таблицы или схемы.
- Перечислите основные признаки живых систем.
- Для характеристики каких процессов, изучаемых в школе (например, в курсе физики), используют слова «дискретный», «дискретно»? Приведите примеры.
- Почему биологическую грамотность общества считают условием выживания человечества?
- Возможно, в старшей школе вы решите выполнить проектное задание по биологии. Какие методы, используемые биологами, доступны начинающему исследователю?
- Найдите в доступных источниках информации определения жизни по Л. фон Берталанфи, Э. Шрёдингеру и М. В. Волькенштейну. В свободной дискуссии в классе выразите своё мнение о полноте и глубине этих определений.
Это конспект по биологии (углубленное изучение) для 10-класса по теме «Признаки живого. Уровни организации живого» (УМК Высоцкая, Дымшиц, Рувинский и др). Выберите дальнейшее действие:
- Вернуться к Списку конспектов по Биологии.