Уровни организации живой материи.

Уровни организации живой материи.

Уровни организации живой материи: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный, биосферный.

Молекулярный уровень представлен молекулами органических веществ — белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, находящихся в клетках и получивших название биологических молекул.

На молекулярном уровне исследуется роль этих важнейших биологических соединений в росте и развитии организмов, хранении и передаче наследственной информации, обмене веществ и превращении энергии в живых клетках и других явлениях.

Клеточный уровень представлен клетками. Это первый, начальный уровень организации живого, который обладает всеми свойствами живого. На этом уровне наука изучает вопросы морфологической организации клетки, специализации клеток в ходе развития, функций клеточной мембраны, механизмы деления клеток. Эти проблемы имеют очень важное значение, в том числе и практическое, особенно для медицины.

Организменный уровень может быть представлен как одноклеточными, так многоклеточными организмами. На этом уровне изучается организм как целое, со свойственными ему механизмами согласованного функционирования его органов в процессе жизнедеятельности, его адаптация и поведение в различных экологических условиях.

Популяционно-видовой уровень представлен популяциями видов и принципиально отличается от организменного. Продолжительность жизни любого организма определена генетически, популяция же при оптимальных условиях среды способна существовать неограниченно долго.

На этом уровне изучают факторы, влияющие на динамику численности особей и возрастного состава популяций, проблемы сохранения исчезающих видов, действие факторов микроэволюции и т. д. Эти вопросы имеют важное хозяйственное значение, так как позволяют давать научно обоснованные рекомендации для поддержания оптимальной численности особей различных популяций в эксплуатируемых экосистемах.

Экосистемный уровень представлен системой популяций разных видов в их взаимосвязи между собой и окружающей средой. На этом уровне изучаются взаимоотношения организмов и среды, условия, определяющие продуктивность экосистем, их устойчивость, а также влияние на них деятельности человека.

Биосферный уровень — высшая форма организации живой материи, объединяющая все экосистемы планеты. В биосфере происходят глобальные биогеохимические циклы (круговороты веществ и потоки энергии). Изучение механизмов их протекания, а также влияния на них деятельности человека в настоящее время имеет первостепенное значение для предотвращения глобального экологического кризиса.

Характеристика бактерий.

Бактерии – типичные прокариотические организмы. Бактерии самые древние поселенцы земли, они живут уже два миллиарда лет. Ученым известно около 2 500 видов. Бактерии имеют клеточное строение, но не имеют ядра, отделенного мембраной от цитоплазмы.

Форма клеток разнообразна: шаровидная, в виде изогнутых палочек, палочковидная и др.. Их клетки часто собраны в группы и образуют колонии вроде кисти, нитки. Среди них неподвижны и такие, которые двигаются с помощью жгутиков. Есть бактерии, потребляющие органические соединения (питаются гетеротрофно), другие синтезируют органические соединения из неорганических (автотрофы) за счет энергии света (зеленые сиркобактерии) или энергии, которая освобождается в результате окисления некоторых химических веществ (железобактериями, бесцветные сиркобактерии, нитрифицирующие бактерии). Размножаются бактерии путем деления клетки надвое и почкованием. Скорость размножения огромная - разделение может происходить каждые 20 -30 минут. В неблагоприятных условиях бактериальная клетка покрывается толстыми слоями оболочки и называется спорой. Бактерии распространены везде: на поверхности и внутри организмов (человека, животных, растений), в пресных и соленых водоемах, в воздухе, особенно много их в почве. Ветром, водой, живыми организмами, транспортными средствами споры переносятся на большие расстояния.

Бактерии имеют очень важное значение для человека. Это обусловлено ролью микроорганизмов в биосфере.

Плодородие почв. При жизнедеятельности почвенных бактерий происходит образование гумуса, который представляет собой разложившееся с помощью бактерий органическое вещество, содержащее все необходимые вещества для жизни растений. Кроме того, почвенные бактерии участвуют в круговороте различных веществ. Например, азота.

Очистка сточных вод. Для очистки сточных вод применяются микроорганизмы, которые в короткие сроки могут перевести большинство органических соединений в неорганические.

Бактерии симбионты. В кишечнике многих животных и человека обитает так называемая микрофлора, которая способна переваривать потребляемую организмом пищу и синтезируют витамины.

Промышленное брожение. Путем брожения человек может получать различные вещества, например, уксусная кислота, силос, спирт, кисломолочные продукты.

Производство антибиотиков. Эти вещества выделяются некоторыми бактериями и грибами. Эти вещества вызывают угнетение жизнедеятельности других бактерий.

Производство кормового белка.

Производство ферментов и генная инженерия. Возможность промышленно производить инсулин, получать спирты, кетоны, органические кислоты, полимерные вещества.

Биологические методы борьбы с вредителями, различные бактерии могут заражать и вызывать гибель вредителей сельского хозяйства.

Характеристика низших растений.

Низшие растения – организмы, которые не имеют морфологического расчленения тела на вегетативные органы.

Тело низших растений называется слоевищем, или талломом; многоклеточные органы размножения отсутствуют.

Низшие растения подразделяются по способу обеспечения органическими веществами на две обширные экологические группы. Для одной, так называемых водорослей, типично наличие хлорофилла. Водоросли, следовательно, организмы автотрофные. Их дополнительные пигменты иной, чем хлорофилл, химической природы, имеют не зеленую, а иную окраску; преобладание в пигментном комплексе тех или иных красящих веществ обусловливает окраску водоросли.

Вторую группу низших растений составляют бесхлорофилльные, потому в основном они нуждаются для поддержания своей жизни в готовом органическом веществе. Растения этой группы — грибы, миксомицеты, бактерии — гетеротрофны. Исключение — две небольшие группы бактерий: в одну входят немногочисленные бактерии, способные к фотосинтезу, в другую — своеобразные бактериальные организмы, способные к синтезу органических веществ на основе использования энергии химических процессов (не света! ). С гетеротрофными сближают лишайники — комплексные растения, образованные грибом и водорослью, с преобладанием обычно первого.

По широкому распространению в природе и по численности индивидуумов низшие растения превосходят высшие. Роль их в природных процессах и в жизни человека очень велика, и с течением времени оценка значения низших растительных организмов все повышается. Название «низшие» указывает лишь на простоту их морфологической организации и на большую историческую древность.

Характеристика типа губки.

Губки — простые многоклеточные животные, которые произошли от паренхимелл, перешедших (когда появились гастрей) к сидячему образу жизни. Вследствие этого их организация сильно изменилась по сравнению с паренхимеллами. Известно около 5 тыс. видов губок, подавляющее большинство которых обитает в морях и океанах, а остальные — в пресных водах.

Строение. Незначительное количество губок одиночные, небольшие животные бокаловидной формы, остальные — колониальные, имеющие разветвленное тело. В состав тела губок входят: наружный слой, состоящий из эпителиальных клеток, играющих в основном защитную роль; студневидная мезоглея с разными клетками; внутренний слой — из клеток, называемых воротничковыми, или хоаноцитами. Стенки тела пронизаны множеством пор, через которые благодаря работе жгутиков воротничковых клеток в полость, окруженную хоаноцитами, входит вода, а выходит она наружу через отверстие (оскулюм) большей величины, чем поры.

Жизнедеятельность. Нервных клеток у губок нет, и они реагируют на раздражения медленно и слабо. Мышечные элементы отсутствуют. В мезоглее из клеток развиваются скелетные (твердые) образования; у одних губок — известковые, у других — кремневые, у третьих — спонгиновые (спонгин — вещество, близкое по своему составу к шелку), у четвертых — комбинированные, т. е. спонгинно-кремневые (как у пресноводных бадяг). Благодаря скелету губки могут расти вверх, а не «растекаться» по субстрату (что облегчает движение воды через их тело) и достигать большой величины. Непрерывный ток воды через тело губок приносит им кислород, способствует удалению продуктов диссимиляции и играет важнейшую роль в питании этих животных, так как воротничковые клетки захватывают находящиеся в воде различные организмы и переваривают их, отдавая часть разложенных веществ другим частям тела. Следовательно, пищеварение у описываемых животных внутриклеточное. Полость губок нельзя считать кишечной, она служит только для прохождения воды, пища в ней не накапливается и не переваривается. Такая полость, свойственная только губкам, получила название парагастральной в отличие от настоящей кишечной, т. е. гастральной полости, которая имеется у остальных многоклеточных животных.

Размножаются губки бесполым и половым способами. Бесполое размножение осуществляется наружным и внутренним почкованием. Образование колоний происходит потому, что наружные почки остаются на материнском организме. Внутренние почки (геммулы) выпадают из губок (например, у пресноводных бадяг) после их гибели и дают начало новым колониям. Геммулы, окруженные прочными оболочками, очень устойчивы к неблагоприятным внешним условиям. Большинство губок гермафродиты, остальные — раздельнополы. Гаметы развиваются в мезоглее. Сперматозоиды попадают в воду, с ее током заносятся в тело других губок и оплодотворяют яйцеклетки. Развитие зиготы заканчивается образованием паренхимулы, которая превращается в планктонную личинку, служащую для распространения этих сидячих животных. Преобразование личинки во взрослую форму сопровождается извращением слоев: жгутиковые клетки наружного слоя мигрируют внутрь и превращаются в воротничковые клетки, а клетки внутреннего слоя перемещаются наружу. Благодаря извращению слоев у губок образуется столь необходимая им парагастральная полость, а клетки внутреннего слоя, находясь снаружи, выполняют функции защитного эпителия. Извращение зародышевых слоев у губок возможно, потому что их клетки еще не вполне специализированы, соединения между ними очень рыхлые и они могут менять свое местоположение в организме.

Практическое значение. Некоторые виды губок, имеющие спон-гиновый скелет, используются для мытья тела и других целей. Порошок, полученный в результате дробления скелета пресноводной бадяги (состоящий из кремневых игл, склеенных спонгином), употребляют для растирания кожи при ушибах, ревматизме и других болезнях. Скелет стеклянных губок идет на изготовление украшений.

Экологические факторы.

Экологический фактор – любое условие среды, на которое живое реагирует приспособительными реакциями.

Экологический фактор – это любой элемент среды, оказывающий прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на протяжении одной из фаз их развития.

По своей природе экологические факторы делят, по крайней мере, на три группы:

Абиотические факторы – влияние неживой природы.

Биотические факторы – влияние живой природы.

Антропогенные факторы – влияния, вызванные разумной и неразумной деятельностью человека.

Фактор воздействует на организм определенной дозой, и среди этих доз можно выделить минимальные, максимальные и оптимальные дозы, а также те значения, при которых жизнь особи прекращается (их называют летальными, или смертельными).

Воздействие различных доз на популяцию вцелом весьма наглядно описывается графически:

По оси ординат откладывается численность популяции в зависимости от дозы того или оного фактора (ось абсцисс). Выделяют оптимальные дозы фактора и дозы действия фактора, при которых происходит угнетение жизнедеятельности данного организма. На графике это соответствует 5 зонам:

Зона оптимума

Справа и слева от нее зоны пессимума (от границы зоны оптимума до max или min)

Летальные зоны (находящиеся за пределами max и min), в которых численность популяции равна 0.

Диапазон значений фактора, за границами которого нормальная жизнедеятельность особей становится невозможной, называется пределами выносливости.

Учение о биогеоценозе.

В геоботанике возникло учение о биогеоценозе (Сукачев, 1940). Биогеоценоз–комплекс или система взаимодействующих и взаимно обусловленных живых организмов и биокосного вещества, связанных между собой обменом веществ и энергии. Первая часть термина — био — означает органическую часть системы, в которую входят совокупность растений—фитоценоз, совокупность животных — зооценоз, совокупность мира растений, животных и микроорганизмов — биоценоз, занимающий качественно однородную территорию или акваторию.

Вторая часть термина — гео — относится к неорганической природе. Сюда входят минералы коры выветривания, на которой развивается почва, подземная и почвенная влага, солнечный свет и тепло. Если биоценоз развивается в акватории, то он называется биоакваценозом. Участок суши или водоема с однородными условиями среды обитания называется биотопом.

Первостепенную роль в биогеоценозе, а следовательно, и во всей географической оболочке играют автотрофные организмы — высшие и низшие фотосинтезнрующие зеленые растения. Они при помощи солнечной энергии из неорганического вещества создают первичную биологическую массу, дающую начало цепи питания всех живых существ, поддерживают баланс газов в атмосфере и участвуют во влагообороте.

Биогеоценоз — одна из наиболее сложных природных систем. Взаимодействие ее составных частей, особенно органического вещества с биокосной материей, создает новые качества природы поверхности Земли, те специфические свойства, которыми характеризуется географическая оболочка.

Ноосфера.

Ноосфера — сфера разума; сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития (эта сфера обозначается также терминами «антропосфера», «биосфера», «биотехносфера»).

Ноосфера — предположительно новая, высшая стадия эволюции биосферы, становление которой связано с развитием общества, оказывающего глубокое воздействие на природные процессы.

По мнению Вернадского, основными предпосылками создания ноосферы являются:

расселение человечества по всей поверхности Земли и физическое уничтожение видов, «конкурирующих с человеком»,
радикальное усовершенствование средств связи и создания единой информационной системы и единой системы контроля над людьми,
создание и разработка новых источников энергии (атомной, геотермической, «лунной», «ганглиевой»),
«подъём благосостояния трудящихся» и «победа демократии»,
установление «равенства всех людей», причём не только равенства перед законом, но и других его форм,
учреждение единого планетарного марксистско-ленинского государства,
вовлечение «широких народных масс» в занятие наукой,
превращение человечества в «геологическую силу».

Академик утверждал, что эти социальные реформы и катаклизмы сделают «переход к ноосфере» необратимым.

В структуре ноосферы и биосферы Вернадский выделял «семь видов вещества»:

живое,
биогенное (возникшее из живого),
косное (возникшее не из живого),

биокосное (частично живое, частично неживое),
радиоактивное,
атомарно-рассеянное,
космическое.

Загрязнение атмосферы

Атмосферный воздух — один из важнейших компонентов среды обитания. Главными источниками загрязнения атмосферы являются тепловые электростанции и теплоцентрали, сжигающие органическое топливо; автотранспорт; черная и цветная металлургия; машиностроение; химическое производство; добыча и переработка минерального сырья; открытые источники (добычи сельскохозяйственного производства, строительства). В современных условиях в атмосферу попадает более 400 млн. т частиц золы, сажи, пыли и разного рода отходов и строительных материалов. Кроме приведенных выше веществ в атмосферу выбрасываются и другие, более токсичные вещества: пары минеральных кислот (серной, хромовой и др.), органические растворители и т. п. В настоящее время насчитывается более 500 вредных веществ, загрязняющих атмосферу. Многие отрасли энергетики и промышленности образуют не только максимальное количество вредных выбросов, но и создают экологически неблагоприятные условия для проживания жителей как крупных, так и среднего размера городов. Выбросы токсичных веществ приводят, как правило, к повышению текущих концентраций веществ над предельно допустимыми концентрациями (ПДК). ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест — это максимальные концентрации, отнесенные к определенному периоду осреднения (30 минут, 24 часа, 1 месяц, 1 год) и не оказывающие при регламентированной вероятности их появления ни прямого, ни косвенного вредного воздействия на организм человека, включая отдаленные последствия для настоящего и последующих поколений, не снижающие работоспособности человека и не ухудшающие его самочувствия.

Загрязнение гидросферы

Вода, как и воздух, является жизненно необходимым источником для всех известных организмов. Антропогенная деятельность приводит к загрязнению как поверхностных, так и подземных источников воды. Основными источниками загрязнения гидросферы являются сбрасываемые сточные воды, образующиеся в процессе эксплуатации энергетических, промышленных, химических, медицинских, оборонных, жилищно-коммунальных и других предприятий и объектов; захоронение радиоактивных отходов в контейнерах и емкостях, которые через определенный период времени теряют герметичность; аварии и катастрофы, происходящие на суше и в водных пространствах; атмосферный воздух, загрязненный различными веществами и другие.

Поверхностные источники питьевой воды ежегодно и все в большей степени подвергаются загрязнению ксенобиотиками разной природы, поэтому снабжение населения питьевой водой из поверхностных источников представляет все большую опасность. В гидросферу ежегодно сбрасывают более 600 млрд. т энергетических, промышленных, бытовых и другого рода сточных вод. В водные пространства попадают более 20–30 млн. т нефти и продуктов ее переработки, фенолы, легкоокисляемые органические вещества, соединения меди и цинка. Загрязнению водных источников также способствует нерациональное ведение сельского хозяйства. Остатки удобрений и ядохимикатов, вымываемые из почвы, попадают в водоемы и загрязняют их. Многие загрязнители гидросферы способны вступать в химические реакции и образовывать более вредоносные комплексы.

Загрязнение воды обусловливает подавление функций экосистем, замедляет естественные процессы биологической очистки пресных вод, а также способствует изменению химического состава пищи и организма человека.

Гигиенические требования к качеству питьевой воды централизованных систем питьевого водоснабжения указаны в санитарных правилах и нормах. Нормы устанавливаются для следующих параметров воды водоемов: содержание примесей и взвешенных частиц, привкус, цветность, мутность и температура воды, показатель рН, состав и концентрация минеральных примесей и растворенного в воде кислорода.

Загрязнение почвы

Почва — среда обитания многочисленных низших животных и микроорганизмов, в том числе бактерий, плесневых грибов, вирусов и др. Почва является источником заражения сибирской язвой, газовой гангреной, столбняком, ботулизмом.

Наряду с естественным неравномерным распространением тех или других химических элементов в современных условиях в огромных масштабах происходит и их искусственное перераспределение. Выбросы промышленных предприятий и объектов сельскохозяйственного производства, рассеиваясь на значительные расстояния и попадая в почву, создают новые сочетания химических элементов. Из почвы эти вещества в результате различных миграционных процессов могут попадать в организм человека (почва — растения — человек, почва — атмосферный воздух — человек, почва — вода — человек и др.). С промышленными твердыми отходами в почву поступают всевозможные металлы (железо, медь, алюминий, свинец, цинк) и другие химические загрязнители.

Почва обладает способностью накапливать радиоактивные вещества, поступающие в нее с радиоактивными отходами и атмосферными радиоактивными осадками после ядерных испытаний. Радиоактивные вещества включаются в пищевые цепи и поражают живые организмы. К числу химических соединений, загрязняющих почву, относятся и канцерогенные вещества — канцерогены, играющие существенную роль в возникновении опухолевых заболеваний. Основными источниками загрязнения почвы канцерогенными веществами являются выхлопные газы автотранспорта, выбросы промышленных предприятий, тепловых электростанций и т. д. В почву канцерогены поступают из атмосферы вместе с крупно - и среднедисперсными пылевыми частицами, при утечке нефти или продуктов ее переработки и др. Основная опасность загрязнения почвы связана с глобальным загрязнением атмосферы.

Уровни организации живой материи.

Характеристика бактерий.

Бактерии имеют очень важное значение для человека. Это обусловлено ролью микроорганизмов в биосфере.

Производство кормового белка.

12 3 4 Следующая ⇒