Биология что такое живое вещество: Функции живого вещества — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Содержание

Функции живого вещества — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Живое вещество играет огромную роль в развитии нашей планеты.

К такому выводу пришёл русский учёный В. И. Вернадский, исследовав состав и эволюцию земной коры. Он доказал, что полученные данные не могут быть объяснены лишь геологическими причинами, без учёта роли живого вещества в геохимической миграции атомов.

Начиная с момента зарождения, жизнь постоянно развивается и усложняется, оказывая воздействие на окружающую среду, изменяя её. Таким образом, эволюция биосферы протекает параллельно с историческим развитием органической жизни.

Время жизни на Земле измеряется примерно \(6\)–\(7\) миллиардами лет. Возможно, что примитивные формы жизни появились ещё раньше. Но первые следы своего пребывания они оставили \(2,5\)–\(3\) млрд лет назад. С этого времени произошли коренные изменения поверхности планеты и сформировалось до \(5\) млн видов животных, растений и микроорганизмов.

На Земле возникло живое вещество, заметно отличающееся от неживой материи.

Развитие жизни привело к появлению новой общепланетной структурной оболочки биосферы, тесно взаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел и процессов преобразования энергии и вещества.

Биосфера — не только сфера распространения жизни, но и результат её деятельности.

Особое место среди живых организмов заняли растения, потому что они обладают способностью к фотосинтезу. Они продуцируют практически всё органическое вещество на планете (растений насчитывается почти \(300\) тыс. видов).

Функции живого вещества

В. И. Вернадский дал представление об основных биогеохимических функциях живого вещества.

1. Энергетическая функция связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей её по цепям питания, рассеиванием.

Эта функция — одна из важнейших. В её основе лежит процесс фотосинтеза, в результате которого происходит аккумуляция солнечной энергии и её последующее перераспределение между компонентами биосферы.

Биосферу можно сравнить с огромной машиной, работа которой зависит от одного решающего фактора — энергии: не будь её, всё немедленно остановилось бы.
В биосфере роль основного источника энергии играет солнечное излучение.

Биосфера аккумулирует энергию, приходящую из Космоса на нашу планету.

Живые организмы не просто зависят от лучистой энергии Солнца, они выступают как гигантский аккумулятор (накопитель) и уникальный трансформатор (преобразователь) этой энергии.

Это происходит следующим образом. Растения-автотрофы (и микроорганизмы-хемотрофы) создают органическое вещество. Все остальные организмы планеты — гетеротрофы. Они используют созданное органическое вещество в пищу, что приводит к возникновению сложных последовательностей синтеза и распада органических веществ. Это-то и является основой биологического круговорота химических элементов в биосфере.

Стало быть, живые организмы есть важнейшая биохимическая сила, преобразующая земную кору.

Миграция и разделение химических элементов на земной поверхности, в почве, в осадочных породах, атмосфере и гидросфере осуществляются при непосредственном участии живого вещества. Поэтому в геологическом разрезе живое вещество, атмосфера, гидросфера и литосфера — это взаимосвязанные части единой, непрерывно развивающейся планетарной оболочки — биосферы.

2. Газовая функция — способность изменять и поддерживать определённый газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.

Преобладающая масса газов на планете имеет биогенное происхождение.

Пример:

кислород атмосферы накоплен за счёт фотосинтеза.

3. Концентрационная функция — способность организмов концентрировать в своём теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание по сравнению с окружающей организмы средой на несколько порядков.

Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы.

Пример:

среди них на первом месте стоит углерод. Содержание углерода в углях по степени концентрации в тысячи раз больше, чем в среднем для земной коры. Нефть — концентратор углерода и водорода, так как имеет биогенное происхождение. Среди металлов по концентрации первое место занимает кальций. Целые горные хребты сложены из остатков животных с известковым скелетом. Концентраторами кремния являются диатомовые водоросли, радиолярии и некоторые губки, йода — водоросли ламинарии, железа и марганца — особые бактерии. Позвоночными животными накапливается фосфор, сосредотачиваясь в их костях.

Результат концентрационной деятельности — залежи горючих ископаемых, известняки, рудные месторождения и т. п.

4. Окислительно-восстановительная функция связана с интенсификацией под влиянием живого вещества процессов как окисления благодаря обогащению среды кислородом, так и восстановления прежде всего в тех случаях, когда идёт разложение органических веществ при дефиците кислорода.

Пример:

восстановительные процессы обычно сопровождаются образованием и накоплением сероводорода, а также метана. Это, в частности, делает практически безжизненными глубинные слои болот, а также значительные придонные толщи воды (например, в Чёрном море).

Подземные горючие газы являются продуктами разложения органических веществ растительного происхождения, захороненных ранее в осадочных толщах.

5. Деструктивная функция — разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как самих остатков органического вещества, так и косных веществ.

Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют низшие формы жизни — грибы, бактерии (деструкторы, редуценты).

6. Транспортная функция — перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов.

Часто такой перенос осуществляется на колоссальные расстояния, например, при миграциях и кочёвках животных. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения).

7. Средообразующая функция является в значительной мере интегративной (результат совместного действия других функций).

С ней в конечном счёте связано преобразование физико-химических параметров среды. Подробнее о ней см. в разделе «Средообразующая роль живых организмов».

Живое вещество биосферы и его функции

Вспомните:

• В чем сущность и планетарное значение фотосинтеза.

Ответ. Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии хлорофилла. Под фотосинтезом чаще понимается совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии света в различных химических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества.

Фотосинтез является основным источником биологической энергии, гетеротрофы существуют за счёт энергии, запасённой автотрофами в виде химических связей, высвобождая её в процессах дыхания и брожения. Энергия, получаемая человечеством при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ, торф), также является запасённой в процессе фотосинтеза.

Фотосинтез способствует входу углерода в биологический цикл. Весь свободный кислород атмосферы является побочным продуктом фотосинтеза. Формирование атмосферы полностью изменило состояние земной поверхности, сделало возможным появление дыхания, а в дальнейшем, после образования озонового слоя, позволило жизни существовать на суше.

• Каково отличие растений, животных, грибов по способу питания?

Ответ. Растения – автотрофы, т. е. сами производят органические вещества из неорганических (углекислого газа и воды) в процессе фотосинтеза.

Животные и грибы – гетеротрофы, т. е. поглощают готовые органические вещества вместе с пищей.

Вопросы после §49

• Чем живое вещество отличается от косного?

Ответ. Живым веществом В.И. Вернадский назвал совокупность живых организмов, существующих в данный момент, численно выраженную в весе, химическом составе и энергии.

Это главная сила, преобразующая поверхность планеты, основа формирования и существования самой биосферы. Во все геологические эпохи живое вещество, преобразуя и аккумулируя солнечную энергию, влияло на химический состав земной коры, было мощной геохимической силой, формирующей лик Земли.

Живое вещество имеет количественные характеристики, его можно изучать, используя математические законы.

Количество живого вещества в биосфере (биомасса) — величина постоянная или мало изменяющаяся с течением времени. Во все геологические эпохи на Земле количество живого вещества было практически одинаковым. Ученый подчеркивал, что современное живое вещество генетически родственно живому веществу прошлых геологических эпох.

Под косным веществом В.И. Вернадский понимал такие вещества биосферы, в создании которых живые организмы не участвуют. Это, например, газы, твердые частицы и водяные пары, выбрасываемые вулканами, гейзерами.

• Как классифицируется живое вещество?

Ответ. Живое вещество Вернадский условно разделил на однородное, состоящее из особей одного вида, и разнородное, включающее организмы разных видов. Он подчеркивал, что в биосфере живое вещество представлено разнообразием взаимосвязанных видов, образующих сообщество. По способу питания живое вещество разделяют на автотрофное и гетеротрофное.

• Каковы свойства живого вещества?

Ответ. Жизнь – активное, идущее с затратой энергии, полученной извне, поддержание и воспроизведение специфической структуры.

Основные свойства живого вещества:

— разнообразие химических соединений (органические вещества) и сложность их строения;

— самовоспроизведение, наследственность и изменчивость;

— специфичность организации и упорядоченность структуры;

— способность к движению;

— способность расти и развиваться;

— способность питания, дыхания, выделения;

— раздражимость.

• Какие геохимические функции выполняет в биосфере живое вещество?

Ответ. Одна из основных заслуг В.И. Вернадского состоит в том, что он впервые обратил внимание на роль живых организмов (по массе 0,01-0,02% от массы биосферы) как мощного геологического фактора, на то, что живое вещество выполняет в биосфере различные биогеохимические функции. Благодаря этому обеспечиваются круговорот веществ и превращение энергии и, в итоге, целостность, постоянство биосферы, ее устойчивое существование. Важнейшими функциями являются энергетическая, газовая, окислительно-восстановительная, концентрационная.

Энергетическая функция заключается в накоплении и преобразовании растениями энергии Солнца и передаче ее по пищевым цепям: от продуцентов — к консументам и, далее, — к редуцентам. При этом энергия постепенно рассеивается, но часть ее вместе с остатками организмов переходит в ископаемое состояние, «консервируется» в земной коре, образуя запасы нефти, угля и др.

В осуществлении газовой функции ведущая роль принадлежит зеленым растениям, которые в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород. В то же время, большинство живых организмов (и растения в том числе) в процессе дыхания используют кислород, выделяя в атмосферу углекислый газ. Таким образом, участвуя в обменных процессах, живое вещество поддерживает на определенном уровне газовый состав атмосферы.

Окислительно-восстановительная функция тесно связана с энергетической. Существуют микроорганизмы, которые в процессе жизнедеятельности окисляют или восстанавливают различные соединения, получая при этом энергию для жизненных процессов. Велико их значение для образования многих полезных ископаемых. Например, деятельность железобактерий по окислению железа привела к образованию таких осадочных пород как железные руды; серобактерии, восстанавливая сульфаты, образовали месторождения серы.

Концентрационная функция заключается в способности живых организмов накапливать различные химические элементы. Например, осоки и хвощи содержат много кремния, морская капуста и щавель — йод и кальций. В скелетах позвоночных животных содержится большое количество фосфора, кальция, магния. Осуществление данной функции способствовало образованию залежей известняка, мела, торфа, угля, нефти.

Методы биологии. Живое вещество, его свойства. Уровни организации жизни

Как вы знаете, термин «биология» состоит из двух греческих слов: βίος и λόγος, которые в переводе на русский язык означают «жизнь» и «учение», «наука».

Но как бы ни называлась наука и кто бы ни дал ей название, знания о живых организмах накапливались человечеством тысячелетиями. Из-за огромного объёма полученной информации в наши дни биология превратилась в комплексную науку.

Биологические науки тесно связаны с физикой, химией, математикой, географией. Всех их объединяет не только предмет изучения — природа, но и методы, которыми пользуются исследователи для нахождения ответов на все поставленные вопросы.

В биологии важнейшими методами исследования являются наблюдение, эксперимент и сравнение, однако учёные пользуются, конечно же, и другими.

Наблюдение является первоисточником всех научных данных. После их обобщения выдвигаются гипотезы, которые могут объяснить наблюдение. Далее эти данные перепроверяются в ходе новых наблюдений и экспериментов. За этим этапом обязательно следует контрольный опыт. Условия контрольного опыта, в свою очередь, обязательно должны отличаться одним фактором. После анализа результатов эксперимента научные данные переходят в ранг научных фактов, а проверенная гипотеза становится теорией или законом. Это говорит о её универсальности, неоспоримости и достоверности.

Экспериментальный метод позволяет изучить то или иное явление жизни с помощью опыта.

Большой вклад в утверждение экспериментального метода в биологии внёс Грегор Мендель, который, изучая наследственность и изменчивость организмов, впервые использовал эксперимент не только для получения данных об изучаемых явлениях, но и для проверки гипотезы, формулируемой на основании получаемых результатов.

В настоящее время в биологическом эксперименте широко используют различные виды микроскопии.

На нашей планете, по разным данным, обитает примерно 2 000 000 видов животных, 500 000 видов растений…

Для построения системы во всём этом многообразии не обойтись без сравнительного метода, который позволяет упорядочить сходства и различия живых организмов и выявить общие закономерности.

Для осмысления полученных фактов при сопоставлении их с ранее известными результатами используют исторический метод. Данный метод позволяет превратить биологию из науки описательной в науку объясняющую. Изучает происхождение и функции многих живых систем.

Описательный метод известен с глубокой древности. В его основе лежит наблюдение. Сегодня описательный метод используют при открытии новых видов или изучении клеток с помощью современных методов исследования.

Биология — это наука о жизни. Что такое жизнь?

Ещё во второй половине XIX века Фридрих Энгельс сформулировал одно из самых известных определений жизни. «Жизнь — это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их природой, причём с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белков».

В природе не всегда сразу можно определить, что относится к живому, а что к неживому. Перечислим свойства, характерные для живых существ.

Первое ― это единство химического состава. Живые существа образованы теми же химическими элементами, что и неживые объекты, но в живых существах 90 % массы приходится на четыре элемента: С, О, N, H (углерод, кислород, азот, водород), которые участвуют в образовании сложных органических молекул, таких как белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды.

Второе свойство живого ― это единство структурной организации. Клетка является единой структурно-функциональной единицей, а также единицей развития почти для всех живых организмов на Земле. Исключением являются вирусы, но и у них свойства живого проявляются, лишь когда они находятся в клетке.

Третье свойство живого ― открытость. Все живые организмы представляют собой открытые системы, т. е. системы, устойчивые лишь при условии непрерывного поступления в них энергии и вещества из окружающей среды.

Четвёртое ― обмен веществ и энергии. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой.

Обмен веществ осуществляется в результате двух взаимосвязанных процессов: процесса распада сложных органических веществ с выделением энергии, которая затем расходуется организмом, а также процесса синтеза органических веществ в организме (за счёт внешних источников энергии — света и пищи). Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.

Пятое ― это самовоспроизведение (репродукция). Способность к самовоспроизведению является важнейшим свойством всех живых организмов. В её основе лежит информация о строении и функциях любого живого организма, заложенная в нуклеиновых кислотах и обеспечивающая специфичность структуры и жизнедеятельности живого.

Шестое свойство живого ― это саморегуляция. Любой живой организм подвергается воздействию непрерывно меняющихся условий окружающей среды. В то же время для протекания процессов жизнедеятельности в клетках необходимы определённые условия. Благодаря механизмам саморегуляции сохраняется относительное постоянство внутренней среды организма, т. е. поддерживается постоянство химического состава и интенсивность течения физиологических процессов (иными словами, поддерживается гомеостаз: от греч. homoios — «одинаковый» и stasis — «состояние»).

Седьмое ― рост и развитие. В процессе индивидуального развития (онтогенеза) постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организма и осуществляется его рост. Кроме того, все живые системы эволюционируют — изменяются в ходе исторического развития (филогенеза).

Восьмое свойство живого ― раздражимость. Любой живой организм способен избирательно реагировать на внешние и внутренние воздействия.

И наконец, девятое свойство живого — это наследственность и изменчивость. Преемственность поколений обеспечивается наследственностью. Потомки не являются копиями своих родителей из-за способности наследственной информации к изменениям — изменчивости.

Отдельные свойства, перечисленные выше, могут быть присущи и неживой природе. Например, кристаллы в насыщенном растворе соли могут «расти».

Однако этот рост не имеет тех качественных и количественных параметров, которые присущи росту живого. Следовательно, все перечисленные выше свойства в своей совокупности характерны только для живых организмов.

Уровни организации жизни

Единство, состоящее из самоорганизующихся, самовоспроизводящихся элементов, активно взаимодействующих с окружающей средой, имеющее специфические признаки, присущие живым существам, называют живой системой.

Части биологических систем состоят из взаимосвязанных частей. Например, организм является частью популяции и может состоять из одной или множества клеток.

На любом уровне каждая живая система уникальна и отличается от себе подобных.

На основании особенностей проявления свойств живого выделяют несколько уровней организации живой природы: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный и биосферный.

Рассмотрим подробнее каждый в отдельности.

Молекулярный уровень организации живой природы представлен молекулами органических веществ — белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов, 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.

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.

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.

Всем живым системам, независимо от уровня организации, присущи общие черты, а сами системы находятся в непрерывном взаимодействии. На каждом уровне вследствие объединения систем низшего уровня возникает определённое новое качество.

Биосфера, подготовка к ЕГЭ по биологии

Биосфера (греч. bios — жизнь + sphaira — шар) — наружная оболочка Земли, населенная живыми организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Термин «биосфера» предложен австрийским геологом Э. Зюссом, учение о биосфере было создано и развито российским и советским ученым Вернадским Владимиром Ивановичем.

Биосфера — совокупность всех биогеоценозов, это открытая система, структура и свойства которой определяются деятельностью организмов в прошлом и настоящем. Биосферу можно рассматривать как часть лито-, гидро- и атмосферы, заселенную живыми существами.

Запомните, что наибольшая концентрация живого вещества сосредоточена на границе сред (к примеру, на границе литосферы и атмосферы).

Границы биосферы

Общая толщина биосферы приблизительно 17 км. Живые организмы проникают вглубь литосферы на расстояние до 6-7 км, заселяют всю толщу гидросферы (до самого дна мирового океана). В атмосфере живые организмы встречаются в нижней части — тропосфере, которую сверху ограничивает озоновый слой (часть стратосферы).

Выше «озонового экрана» существование жизни в привычном для нас виде невозможно, так как губительное УФ (ультрафиолетовое) излучение уничтожает все живое. Возникновению жизни в недрах Земли препятствует высокая температура, оказывающая разрушительное воздействие.

Вещество биосферы

Многокомпонентная сложная система биосферы включает несколько отдельных элементов. Вернадский В.И. создал учение, в соответствии с которым вещество биосферы состоит из:

Живое вещество

Совокупность всех живых организмов на нашей планете. Именно Вернадский показал, что деятельность живых существ — важнейший фактор геологических изменений планеты.

Косное вещество

Формируется без участия живых организмов. Базальт, гранит, песок, золотоносные руды. К косному веществу можно отнести горные породы магматического происхождения, образовавшиеся в результате извержения вулканов.

Биогенное вещество

Это вещество образуется живыми организмами в процессе их жизнедеятельности. Примерами биогенного вещества могут послужить залежи известняка, природный газ, кислород, нефть, каменный уголь, торф.

Биокосное вещество

Биокосное вещество создается одновременно деятельностью живых организмов и косными процессами. Таким образом, биокосное вещество объединяет в себе живое и косное вещества.

К биокосному веществу относятся пресная и соленая вода, почва, воздух. Почва является верхним наиболее плодородным слоем литосферы Земли. Почва — уникальный продукт совместной деятельности живых организмов, то есть биологических и геологических процессов, протекающих в живой природе.

Функции живого вещества

Важнейший компонент биосферы — живое вещество, то есть — живые организмы. Их деятельность приводит к наиболее значительным геологическим изменениям в биосфере, они обеспечивают круговорот веществ — главное условие зарождения новой жизни.

Перечислим важнейшие функции живого вещества:

Энергетическая

Живые организмы постоянно получают и преобразуют энергию. Растения преобразуют энергию солнечного света в энергию химических связей, а животные передают ее по цепочке. После смерти растений и животных энергия возвращается в круговорот благодаря бактериям и грибам — сапротрофам (греч. sapros – гнилой), разлагающим мертвое органическое вещество.

Газовая

Деятельность живых организмов обеспечивает постоянный газовый состав атмосферы. В ходе дыхания животные поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а растения в ходе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Бактерии хемотрофы также выделяют в атмосферу некоторые газы, полученные окислением сероводорода, азота.

Концентрационная

Я никогда не перестану восхищаться этой функцией живого вещества. Вы только вдумайтесь: на одной и той же почве, рядом друг с другом, растут совершенно разные растения по форме, размеру и окраске плодов, цветков! Каждый раз задумываешься: как это возможно?

Это связано с тем, что каждое живое существо избирательно накапливает определенные химические элементы. К примеру, многие моллюски накапливают кальций, образуют известковый скелет — раковину. После их смерти раковины опускаются на дно, в результате чего создаются залежи полезных ископаемых — известняка (мела).

В результате жизнедеятельности мха сфагнума образуется полезное ископаемое — торф, а папоротниковидные образуют каменный уголь. Это концентрат углеродистых и кальциевых соединений в погибших растениях, которые тысячелетиями отмирали и образовали залежи ископаемых.

Окислительно-восстановительная

Живые организмы способны окислять и восстанавливать различные химические вещества. На реакциях окисления и восстановления основан метаболизм (обмен веществ) любого живого существа, подобные реакции протекают постоянно в ходе фотосинтеза, энергетического обмена.

Деструктивная

Без разрушения «старой» жизни, невозможно возникновение «новой». После смерти живых существ их останки подвергаются разрушению, из них высвобождается энергия, накопленная в связях химических веществ. Непрерывный круговорот должен продолжаться всегда — это главное условие жизни.

Теория биогенной миграции атомов Вернадского В.И.

При непосредственном участии живого вещества в биосфере непрерывно осуществляется биогенная миграция атомов. Даже сейчас, с каждым вашим вдохом, атомы кислорода соединяются с гемоглобином эритроцитов, доставляются по крови к клеткам тканей организма и становятся частью ваших клеток.

Откуда взялся кислород, которым мы дышим? Его в процессе фотосинтеза выделили растения. Для процесса фотосинтеза необходим углекислый газ, который в процессе дыхания выделяют животные, углекислый газ, который образуется при разложении останков растений и животных. Получается круговорот атомов.

Все атомы, которыми мы обладаем, которые стали частью наших рук, глаз, носа, языка — все эти атомы кому-то принадлежали до нас! За миллиарды лет существования Земли они успели побывать в мириадах растений, грибов и животных. То, что наши атомы сейчас с нами — великое чудо и немыслимая случайность.

Я искренне восхищаюсь этой теорией, она показывает непрерывность жизни, бесконечность нашего существования и единство всего живого.

Ноосфера

Ноосфера (греч. noos — разум и sphaira — шар) — термин введенный русским ученым В.И. Вернадским. Ноосфера подразумевает взаимодействие природы и общества, при котором человек является главным определяющим фактором эволюции. Человек становится крупнейшей геологической силой.

Споры о том, можно ли считать современный этап развития цивилизации ноосферой остаются открытыми. Основная идея ноосферы — разумное, рациональное поведение человека, при котором он сосуществует в гармонии со всеми другими формами жизни.

К сожалению, нынешняя ситуация напоминает старую поговорку: «Пока не потеряешь, не осознаешь ценность». Неужели растения должны исчезнуть с лица Земли, чтобы мы вспомнили о том, что благодаря фотосинтезу в их листьях мы дышим кислородом? В этом случае чувство нашего ложного величия может сильно пострадать.

Круговорот веществ

Углерод находится в природе в основном в составе углекислого газа, угольной кислоты и ее нерастворимых солей — карбоната кальция (из которого состоят раковины моллюсков). Отмирая, живые организмы образуют залежи полезных ископаемых: торф, древесину, каменный уголь, нефть. Известняк может надолго исключить углерод из круговорота веществ.

Подобно этому, долгое время нефть и уголь были почти полностью исключены из круговорота веществ, однако в настоящее время человек «вернул их в строй» вместе с выхлопными газами.

Азот находится в воздухе, которым мы дышим, и составляет 78% от его объема. Большая часть азота поступает в почву и воду благодаря деятельности микроорганизмов, бактерий и водорослей.

Широко известны клубеньковые бактерии на корнях бобовых растений, находящиеся с ними в симбиозе. Клубеньковые бактерии переводят атмосферный азот в нитраты, которые необходимы для роста и развития растения и могут быть усвоены им, в отличие от атмосферного азота (газа).

В листьях в процессе биосинтеза азот преобразуется в белки. Травоядные животные поедают растения, таким образом, белок включается в их состав. После смерти животных белки разлагаются сапротрофами, которые выделяют аммиак, нитраты. Часть нитратов усваивается растениями, а часть восстанавливается бактериями до атмосферного азота — цикл замыкается.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Тестовые задания — Урок 35 — ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

Задание 1: выберите один правильный ответ.

1. Термин «биосфера» впервые употребил

1) К. Линней

2) Э. Зюсс

3) Ч. Дарвин

4) В. И. Вернадский

2. Учение о биосфере как оболочке Земли было создано

1) Дж. Берналом

2) Т. Морганом

3) А. И. Опариным

4) В. И. Вернадским

3. Пресная вода от общих запасов воды земного шара составляет не более

1) 0,1%

2) 5%

3) 30%

4) 50%

4. Атмосфера простирается вверх до высоты

1) 1-2 км

2) 15-20 км

3) 35 км

4) 100 км

5. Кислород атмосферы представляет собой

1) живое вещество

2) биогенное вещество

3) косное вещество

4) биокосное вещество

6. Почва представляет собой

1) живое вещество

2) биогенное вещество

3) косное вещество

4) биокосное вещество

7. Живым веществом называется

1) биомасса продуцентов, переходящая на второй уровень в цепи питания

2) масса, образованная телами погибших организмов

3) совокупность всех живых организмов Земли

4) масса минеральных веществ, образовавшаяся при разложении живых организмов

8. Благодаря окислительно-восстановительной функции живого вещества

1) в почве и гидросфере образовались соли

2) химические элементы накапливаются в организмах

3) поддерживается относительно постоянный газовый состав атмосферы

4) образовались скопления бокситов в земной коре

9. Основную массу растений Мирового океана составляет

1) зоопланктон

2) фитопланктон

3) прикрепленные многоклеточные водоросли

4) высшие растения

10. Доля обитающих в океане организмов в фотосинтезе биосферы составляет

1) менее 10%

2) примерно 30%

3) около 70%

4) более 95%

11. От биомассы организмов, обитающих на суше, растения составляют примерно

1) 99%

2) 80%

3) 50%

4) 25%

12. Главную массу наземных животных составляют

1) плоские черви

2) кольчатые черви

3) членистоногие

4) хордовые

13. Среди всех элементов в наибольшей степени зависит от деятельности живых организмов круговорот

1) углерода

2) азота

3) фосфора

4) кремния

14. Озоновый слой необходим для

1) удержания тепла атмосферы

2) удержания кислорода атмосферы

3) задержки ультрафиолетовых лучей

4) фиксации азота в верхних слоях атмосферы

15. К восполнимым энергетическим ресурсам относят

1) каменный уголь

2) торф

3) горючий газ

4) нефть

Задание 2: выберите три правильных ответа.

16. К газовой функции живого вещества относится

1) выделение кислорода растениями при фотосинтезе

2) выделение углекислого газа при дыхании

3) образование солей в почве и гидросфере

4) образование залежей органоминерального топлива

5) восстановление азота бактериями

6) образование меловых отложений на дне водоемов

17. Кальций из среды обитания аккумулируют

1) радиолярии

2) губки

3) кишечнополостные

4) фораминиферы

5) насекомые

6) моллюски

18. Биогенное происхождение имеют

1) метеориты

2) известняки

3) почвы

4) залежи каменного угля

5) кислород атмосферы

6) илы

19. К парниковым газам относят

1) Н2

2) О2

3) О3

4) СО2

5) СН4

6) N2О

20. Углекислый газ поступает в атмосферу Земли при

1) горении

2) гниении

3) извержении вулканов

4) электрических грозовых разрядах

5) фотосинтезе

6) торфообразовании

Задание 3: установите соответствие между живыми организмами и химическими элементами, которые они накапливают.

Живые организмы	Химические элементы
1) бурые водоросли	А) йод
2) коралловые полипы	Б) кремний
3) двустворчатые моллюски	В) кальций
4) лучевики
5) губки
6) хвощи

Ключи к тестовым заданиям

Задания 1 и 2

№ вопроса	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ответ	2	4	2	4	2	4	3	1	2	2
№ вопроса	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
ответ	1	3	1	3	2	1, 2, 5	3, 4, 6	2, 4, 5	4, 5, 6	1, 2, 3

Задание 3

1	2	3	4	5	6
А	В	В	Б	А	Б

Живое вещество — это… Что такое Живое вещество?

1) совокупность живых организмов биосферы, численно выраженная в элементарном химическом составе, массе и энергии. Термин введён В. И. Вернадским (См. Вернадский). Ж. в. связано с биосферой материально и энергетически посредством биогенной миграции атомов в результате дыхания, питания, роста и размножения организмов. Представлено Ж. в. автотрофными организмами (См. Автотрофные организмы) (зелёные растения и автотрофные микроорганизмы), гетеротрофными организмами (См. Гетеротрофные организмы) (бесхлорофильные растения, все животные, человек), миксотрофными организмами (См. Миксотрофные организмы), которые питаются готовыми органическими соединениями, хотя и способны их синтезировать. Ж. в. чрезвычайно химически и геологически активно. Рассеянное в мириадах особей, непрерывно умирающих и рождающихся, обладающих колоссальной действенной энергией, Ж. в. выполняет в биосфере огромную работу и является могучей геологической силой планетарного характера, определяющей лик Земли. Одно из проявлений геологической работы Ж. в. — его участие в создании органогенных осадочных пород (каменный уголь, битумы, известняки, нефть и т. д.), названных Вернадским биогенным веществом биосферы. При участии Ж. в. образуются и биокосные вещества: почти вся вода биосферы, почва, кора выветривания и т. д. Роль Ж. в. как геологического фактора проявляется в контролировании им всех основных химических превращений в биосфере. Биогеохимические функции Ж. в. могут быть разделены на 5 групп: газовые, концентрационные, окислительно-восстановительные, биохимические и, наконец, биогеохимические функции человечества. Все функции осуществляются во внешней среде, кроме биохимических, которые протекают внутри организмов. Газовые функции Ж. в. определяют газовый состав атмосферы: преобладающая масса газов на планете биогенна; в результате действия Ж. в. создаются её основные газы (N₂, O₂, CO₂, H₂S, CH₄ и др.). Концентрационные функции Ж. в. заключаются в накоплении организмами биогенных элементов (См. Биогенные элементы) из окружающей среды. Состав Ж. в. резко отличен от состава косного вещества планеты; в нём преобладают лёгкие атомы (Н, С, N, О, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca). Эти элементы содержатся во всех живых организмах и образуют в них химические соединения, встречающиеся преимущественно в Ж. в. Содержание определённых элементов в некоторых организмах в десятки, сотни и даже тысячи раз больше, чем во внешней среде. Так создаётся неоднородность химического состава биосферы. Окислительно-восстановительные функции Ж. в. приводят к химическим превращениям большинства соединений. Биогенные процессы окисления и восстановления преобладают на поверхности Земли. Биохимические функции связаны с ростом и размножением организмов, что приводит к увеличению их числа и массы Ж. в. Давление Ж. в. на окружающую среду, которое Вернадский назвал «напором жизни», является выражением энергии роста и размножения и неодинаково у разных групп организмов. Др. проявление биохимической функции Ж. в. — процессы, связанные с разложением организмов после их смерти, т. е. превращением Ж. в. в косное. В результате этих процессов образуются биогенные и биокосные вещества биосферы. Биогеохимические функции человечества, обусловленные преимущественно технической деятельностью человека (техногенез), — форма созидания и превращения веществ в биосфере, связанная с её переходом в новое состояние — ноосферу (См. Ноосфера), когда человек становится новой геологической силой на планете.

А. Н. Тюрюканов.

2) Термин, предложенный в 1950-е гг. советским биологом О. Б. Лепешинской для обозначения неклеточной субстанции, из которой якобы поныне могут формироваться клетки животных, растений и микроорганизмов. В этом значении понятие Ж. в. ненаучно; оно вытеснено более точным термином — «доклеточные (или неклеточные) формы жизни».

Функции живого вещества в биосфере и свойства (Таблица)

С точки зрения современной науки, живое вещество обладает некоторыми специфическими свойствами и выполняет в биосфере определенные биогеохимические функции.

Свойства и особенности живого вещества биосферы:

— Живое вещество биосферы характеризуется большим запасом энергии.

— Резкое различие между живым и неживым веществом наблюдается в скорости протекания химических реакций (в живом веществе реакции идут в тысячи, а иногда в миллионы раз быстрее).

— Отличительной особенностью живого вещества является то, что слагающие его индивидуальные химические соединения -белки, ферменты и др. — устойчивы только в живых организмах.

— Произвольное движение, в значительной степени саморегулируемое, является общим признаком всякого живого вещества в биосфере.

— Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. Известно свыше 2 млн. органических соединений, входящих в состав живого вещества, в то время, как количество природных соединений (минералов) неживого вещества составляет около 2000, то есть на три порядка меньше.

— Живое вещество представлено в биосфере в виде индивидуальных организмов, размеры которых колеблются в огромных пределах. Величина самых мелких вирусов не превышает 20 нм (1 нм = 10-9м), самые крупные животные — киты — достигают 33м в длину, самое большое растение — секвойя — 100м в высоту.

Основные функции живого вещества таблица

Основные функции	Характеристика функций живого вещества биосферы
Энергетическая функция	заключается в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, преимущественно с солнечной радиацией. В основе этой функции лежит фотосинтетическая деятельность зеленых растений, в процессе которой происходит аккумуляция (накопление) солнечной энергии и ее перераспределение между отдельными компонентами биосферы. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле.
Газовая функция	обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, сероводород, метан и другие.
Концентрационная функция	проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов окружающей среды. В составе живого вещества преобладают атомы легких элементов: водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, алюминия, кремния, серы, хлора, калия, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность химического состава биосферы и ее существенное отличие от состава неживого вещества планеты.
Окислительно-восстановительная функция	заключается в химическом превращении главным образом тех веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца и другие). При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления.
Деструктивная функция	обусловливает процессы, связанные с разложением организмов после их смерти, вследствие которой происходит минерализация органического вещества, то есть превращение живого вещества в косное. В результате образуются также биогенное и биокосное вещество биосферы.
Средообразуюшая функция	заключается в преобразовании физико-химических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности. ВернадскийВ.И. писал: «Организм имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена к нему».
Транспортная функция	это осуществление переноса вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. Живое вещество — единственный (помимо поверхностного натяжения) фактор, обусловливающий обратное перемещение вещества — снизу вверх, из океана — на континенты, реализующий тем самым «восходящую» ветвь биогеохимических циклов.
Информационная функция	Эта функция живого вещества выражается в том, что живые организмы и их сообщества накапливают информацию, закрепляют её в наследственных структурах и передают последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

_______________

Источник информации: ЭКОЛОГИЯ / С.В.Алексеев, Спб. — 1997.

Живые существа — определение и примеры

Определение живого существа

Живое существо Определение

живое существо относится к любому организму или форме жизни, которые обладают или проявляют характеристики жизни или существования. Основными характеристиками являются следующие: наличие организованной структуры, потребность в энергии, реакция на стимулы и адаптация к изменениям окружающей среды, а также способность к размножению, росту, движению, метаболизму и смерти.В настоящее время живые существа подразделяются на три домена: (Eu) бактерии (настоящие бактерии), археи (архебактерии) и Eucarya (эукариоты).

Этимология

Термин « живущий» произошел от древнеанглийского « lifende », что означает «живущий» или «имеющий жизнь». Термин вещь произошел от древнеанглийского þing , что означает «сущность», «существо», «тело» или «материя». Синонимы: организм; форма жизни; существо.

История

В то время как Земля предположительно составляет около 4.54 миллиарда лет , жизнь на Земле началась позже, вероятно, около 3,5 миллиарда лет назад , хотя другие считают, что жизнь могла начаться раньше.

Абиогенез

Происхождение жизни, также называемое абиогенез , относится к естественному процессу, в котором жизнь возникла из неживой материи. Как это произошло, остается предметом споров среди ученых. До сих пор нет единого мнения о том, как зародилась жизнь на Земле.

Первородный суп

«Первородный суп» относится к гипотетической модели первобытной Земли, в которой накапливались органические вещества и вода, напоминая суп .Этот суп служил местом, где были синтезированы органические соединения. Широко признанным результатом исследований является эксперимент Миллера – Юри. По-видимому, смоделированная примитивная Земля благоприятствовала химическому синтезу основной структуры клеточной мембраны (например, фосфолипидов, образующих липидные бислои) и органических соединений из неорганических источников. Первородный суп является также указом гетеротрофной теории происхождения жизни, предложенной Александром Опариным и Джоном Бердоном Сандерсоном Холдейном.

Гипотеза мира РНК

Переход от неживых к живым существам мог происходить постепенно. Одна из популярных теорий, используемых сегодня, — это гипотеза мира РНК , которая предполагает, что изначальная жизнь была основана на РНК, потому что она может действовать как генетический материал и как катализатор. Эта основанная на РНК жизнь могла быть потомком нынешней жизни на Земле.

Строительные блоки РНК и ДНК, возможно, возникли и сформировались на астероидах из космоса, а затем достигли Земли через метеориты.По данным НАСА, в метеоритах они обнаружили азотистые основания РНК и ДНК, такие как аденин и гуанин. ⁽¹⁾ Эти азотистые основания могли привести к спонтанному созданию РНК и ДНК.

Эти органические молекулы могли быть использованы первыми формами жизни, чтобы жить и размножаться. Самыми ранними формами жизни могли быть одноклеточные организмы, появившиеся в конце Хадейского Эона или в начале Архейского Эона. Это основано на открытии графита биогенного происхождения в Западной Гренландии, который оценивается в 3.7 миллиардов лет . ⁽²⁾ Организмы, лишенные мембраносвязанных органелл, вероятно, были первыми живыми существами, которые доминировали на Земле. Их называют прокариотами, группой, состоящей из бактерий и архей.

Эндосимбиотическая теория

Эндосимбиотическая теория утверждает, что эндосимбиоз между более крупной клеткой и прокариотом привел к появлению первого фотосинтетического эукариота. Основываясь на этой теории, более крупный эукариот мог поглотить прокариот, которые со временем трансформировались в полуавтономные органеллы, такие как хлоропласты и митохондрии внутри клетки.

Многоклеточность

Многоклеточная жизнь, вероятно, началась 600 миллионов лет назад и повторялась несколько раз в биологической истории. Самая популярная теория происхождения многоклеточности — это Haeckel’s Gastraea Theory . Соответственно, многоклеточность впервые возникла, когда клетки одного вида объединяются в бластулеподобную колонию. Постепенно определенные клетки колонии подвергались клеточной дифференцировке. Однако эта теория все еще неадекватна для объяснения происхождения многоклеточности.

Эдиакарская биота, состоящая из одноклеточных и многоклеточных организмов, существовала в эдиакарский период, около 600 миллионов лет назад. В этой биоте впервые появились самые ранние животные. Они напоминают губки размером от 1 см до менее 1 метра. ⁽³⁾

Кембрийский взрыв

Примерно 541 миллион лет назад, , в кембрийский период произошел внезапный всплеск жизни. Это упоминается как кембрийский взрыв . Появились самые разные растения и животные.В конце кембрия или раннего ордовика животные начали осваивать землю. С эволюцией наземных растений эволюционировали и разнообразились и животные. В конце концов, они колонизировали наземные среды обитания, в том числе и дальше вглубь суши.

Текущее население

По оценкам, общее количество видов на Земле в мае 2016 года составляет около 1 триллиона. ⁽⁴⁾ В 2011 году Перепись морской жизни оценила около 8,7 миллиона видов эукариот на Земле. ⁽⁵⁾ К сожалению, многие живые существа (вероятно, более пяти миллиардов видов), которые когда-либо жили на Земле, вымерли.

Классификация

Под живым понимается любой организм, который демонстрирует жизнь. Ниже приведены примеры живых существ (сверху слева направо): археи, бактерии, протисты, грибы, растения и животные.
Живые существа изначально классифицировались как растение или животное . Хотя и животные, и растения являются эукариотами, их различают по определяющим характеристикам, например с точки зрения моторики, режима питания и клеточных функций.Животные, в основном, подвижные и гетеротрофные живые существа, тогда как растения — неподвижные, фотосинтезирующие и имеющие клеточную стенку. Однако бактерии и археи не являются ни растениями, ни животными, главным образом потому, что они являются прокариотами (т.е. лишены мембраносвязанных цитоплазматических органелл, включая ядро).
Что касается различия между бактериями и археями, одно из их различий заключается в РНК-полимеразе. У архей он состоит из десяти субъединиц. У бактерий их четыре.Другой пример — состав клеточной стенки. В клеточной стенке архей отсутствует пептидогликан, тогда как в клеточной стенке бактерий.
В настоящее время современная биологическая таксономия включает в себя классификацию живых существ на три области: (1) домен Eukarya, (2) домен Bacteria и (3) домен Archaea. Биологический домен является наивысшим таксономическим рангом организмов согласно трехдоменной системе таксономии Карла Вёза. Ниже домена находятся семь основных таксономических рангов. В порядке убывания они следующие:
Домен »Царство» Тип »Класс» Порядок »Семья» Род »Виды
Домен Eukarya включает в себя все живые существа, являющиеся эукариотами.К ним относятся животные, растения, грибы, водоросли и простейшие. В своих клетках они обладают мембраносвязанными органеллами.
Характеристики живых существ
Живые существа — это организмы, которые проявляют признаки жизни. Что отличает живое от неживого, так это следующие характеристики:
Организованная структура
Живые существа представляют собой организованную структуру. Это может быть одноклеточная, такая как бактериальная клетка, или многоклеточная, например животные и растения, состоящие из нескольких клеток.Клетка — это основная биологическая единица организма. Различные клеточные процессы выполняются клеткой организованным, систематизированным образом. Клетка состоит из протоплазмы, окруженной плазматической мембраной. Цитоплазматические структуры (например, органеллы), каждая из которых выполняет определенные роли и функции, приостановлены в цитозоле клетки.
Энергия требует
Живое существо требует энергии для выживания. Энергия необходима, поскольку она поддерживает многочисленные метаболические процессы в клетке.Один из способов синтеза энергии организмами — фотосинтез, при котором энергия света преобразуется в химическую. Другой способ — клеточное дыхание, при котором биохимическая энергия собирается из органического вещества (например, глюкозы) и затем накапливается в биомолекуле, несущей энергию, такой как АТФ, для дальнейшего использования.
Репродуктивная способность
Живое существо способно к воспроизводству. Есть два способа, которыми живые существа могут воспроизводить свои копии: половое размножение и бесполое размножение.При половом размножении мужские и женские половые клетки двух родителей объединяются и образуют зиготу, которая в конечном итоге разовьется в существо себе подобных. Бесполое размножение , напротив, представляет собой способ размножения, в котором не задействованы половые клетки. Потомство происходит только от одного родителя. Примеры включают бинарное деление, бутонирование, вегетативное размножение, спорогенез, фрагментацию, партеногенез, апомиксис и нуцеллярный зародыш.
Рост
Растет живое.На клеточном уровне рост может относиться к при увеличении числа или к при увеличении размера . Увеличение количества клеток происходит за счет деления клеток. Стволовые клетки животных и меристематические клетки растений делятся, давая начало новым клеткам. Что касается увеличения размера клеток, то его часто связывают с увеличением цитоплазматической массы.
Клетка проходит ряд фаз клеточного цикла. Большую часть времени новая клетка, продуцируемая митозом, проходит интерфазу.Это фаза клеточного цикла, на которой клетка увеличивается в размерах. Если клетка не будет полностью дифференцирована, она сможет реплицировать свою ДНК, чтобы подготовиться к следующему делению клетки. У растений новые клетки увеличиваются в объеме за счет поглощения и хранения воды внутри вакуоли.
Некоторые из растительных клеток вырастают вторичную клеточную стенку между первичной клеточной стенкой и плазматической мембраной. На уровне ткани рост сосудистых растений бывает двух типов: первичный и вторичный. Первичный рост влечет за собой вертикальный рост, поскольку первичная ксилема формируется из прокамбия, тогда как вторичный рост связан с боковым ростом, вызванным образованием вторичной ксилемы из сосудистого камбия.
У высших форм животных рост тканей происходит по определенной схеме и предопределен генетически. Возможности регенерации не такие неограниченные, как у растений. Степень регенерации варьируется у разных видов. Например, саламандры могут регенерировать новые глаза или новые конечности, а люди — нет. Тем не менее, люди также способны регенерировать определенные части своего тела, такие как кожа и части печени.
Метаболизм
Метаболизм живого существа. Метаболизм относится к различным процессам, которые отвечают за поддержание живого состояния клетки или организма.Примеры тех, кто участвует в росте клеток, дыхании, размножении, ответе на стимулы, поддержке, биомолекулярном синтезе, удалении отходов и других гомеостатических процессах.

Есть две формы метаболизма: катаболизм и анаболизм . В катаболизме живые существа проводят химические реакции разложения, которые приводят к расщеплению сложных молекул на более мелкие единицы и получают энергию, которая выделяется в процессе. В анаболизме энергетические химические реакции строят молекулы из более мелких единиц.

Реагирует на стимулы

Живые существа реагируют на стимулы и приспосабливаются к изменениям окружающей среды. Он может обнаруживать изменения в окружающей среде, особенно по клеткам, которые функционируют как рецепторы. Например, у людей есть пять основных органов чувств: зрение, слух, обоняние, осязание и вкус. Другие чувства — это вестибулярное чувство (обнаруживает движение, направление и ускорение тела), чувство термоцепции, кинестетическое чувство (обнаруживает положение частей тела), внутреннее чувство (интероцепция) и так далее.Помимо обнаружения изменений в окружающей среде, он также может адаптироваться к этим изменениям.

Движение

Живое существо движется. Поскольку живое существо может обнаруживать раздражители из своего окружения, оно может реагировать соответствующим образом. Например, животные переходят на корм, спасаются от хищников и ищут потенциального партнера. В то время как животные могут двигаться по своему желанию, растения имеют довольно ограниченную форму движения, называемую натическим движением (например, тигмонастия, никтинастия).

Смерть

Живые существа умирают.У живого существа есть жизнь, и эта жизнь в конце концов заканчивается. Старение относится к биологическому старению. Это когда живые существа постепенно портятся в течение своей жизни. Организм постепенно теряет способность функционировать и справляться со стрессорами. Таким образом, он становится более уязвимым для болезней и дисфункций. На клеточном уровне клетка больше не делится, хотя может оставаться метаболически активной. Одна из естественных причин клеточного старения — укорочение теломер, приводящее к повреждению ДНК.И наоборот, некоторые живые существа считаются бессмертными , потому что они, кажется, обходят смерть. Примеры включают изменяющую возраст медузу Turritopsis doohmii , регенерирующих плоских червей и, казалось бы, неразрушимых тихоходок.

Неклеточная жизнь

Являются ли вирусы живыми существами? Этот вопрос так долго вызывал серьезные споры среди биологов. Некоторые считают вирусы живыми существами, поскольку они кажутся живыми , когда находятся внутри своего хозяина.Они обладают генетическим материалом, воспроизводятся и развиваются в результате естественного отбора. Однако другие не принимают их за живые существа, потому что они, по сути, мертвы , когда находятся вне своего хозяина. Вирусы не могут воспроизводиться самостоятельно.

Для этого они полагаются на механизмы клетки-хозяина. Таким образом, вирусы не являются абсолютно живыми или неживыми. Находясь вне своего хозяина, вирусы неактивны и кажутся неодушевленными. Находясь внутри своего хозяина, они становились активными, способными использовать структуры хозяйской клетки и реплицироваться.Вироиды — это еще одна группа, которая, по-видимому, ведет неклеточную жизнь. Они представляют собой инфекционные и патогенные короткие цепочки кольцевой одноцепочечной РНК.

Исследования

Изучение живых существ называется биологией (также называемой биологической наукой). Специалист в этой области называется биолог . Некоторые области биологических исследований включают морфологию, анатомию, цитологию, гистологию, физиологию, экологию, эволюцию, таксономию и патологию.

См. Также

Ссылки

НАСА — Исследователи НАСА: Строительные блоки ДНК могут быть созданы в космосе .(2011, 1 января). Получено по ссылке
Ohtomo, Y., Kakegawa, T., Ishida, A., Nagase, T., & Rosing, M. T. (2013). Доказательства биогенного графита в метаосадочных породах Исуа раннего архея. Nature Geoscience, 7 (1), 25–28. Ссылка
История эволюции животных . (2000, 1 января).
Исследователи обнаружили, что Земля может быть домом для 1 триллиона видов. NSF — Национальный научный фонд. (2016, 1 января). Получено с https: // www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=138446
Census of Marine Life. (2011, 24 августа). Сколько видов на Земле? По новой оценке, около 8,7 миллиона. ScienceDaily . Получено по ссылке

Дополнительная литература

1.2A: Свойства жизни — Biology LibreTexts

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

Опишите свойства жизни

Все живые организмы обладают несколькими ключевыми характеристиками или функциями: порядок, чувствительность или реакция на окружающую среду, размножение, рост и развитие, регуляция, гомеостаз и переработка энергии.Вместе эти восемь характеристик определяют жизнь.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Многоклеточные организмы : Жаба представляет собой высокоорганизованную структуру, состоящую из клеток, тканей, органов и систем органов.

Заказать

Организмы — это высокоорганизованные, скоординированные структуры, состоящие из одной или нескольких клеток. Даже очень простые одноклеточные организмы чрезвычайно сложны: внутри каждой клетки атомы составляют молекулы; они, в свою очередь, составляют клеточные органеллы и другие клеточные включения.В многоклеточных организмах подобные клетки образуют ткани. Ткани, в свою очередь, вместе создают органы (структуры тела с определенной функцией). Органы работают вместе, образуя системы органов.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Реакция на стимулы : Листья этого чувствительного растения (Mimosa pudica) мгновенно опускаются и складываются при прикосновении. Через несколько минут растение приходит в норму.

Чувствительность или реакция на стимулы

Организмы могут реагировать на различные раздражители.Например, растения могут расти к источнику света, взбираться на заборы и стены или реагировать на прикосновения. Даже крошечные бактерии могут двигаться к химическим веществам или от них (процесс, называемый хемотаксисом) или свету (фототаксис). Движение к стимулу считается положительной реакцией, а движение от стимула — отрицательной.

Репродукция

Одноклеточные организмы размножаются путем первого дублирования своей ДНК. Затем они делят его поровну, поскольку клетка готовится к делению с образованием двух новых клеток.Многоклеточные организмы часто производят специализированные репродуктивные клетки зародышевой линии, из которых формируются новые особи. Когда происходит размножение, гены, содержащие ДНК, передаются потомству организма. Эти гены гарантируют, что потомство будет принадлежать к одному виду и иметь схожие характеристики, такие как размер и форма.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Размножение : Хотя нет двух одинаковых котят, эти котята унаследовали гены от обоих родителей и обладают многими схожими характеристиками.

Рост и развитие

Все организмы растут и развиваются в соответствии с конкретными инструкциями, закодированными их генами. Эти гены предоставляют инструкции, которые будут управлять клеточным ростом и развитием, гарантируя, что детеныши вида вырастут и будут демонстрировать многие из тех же характеристик, что и его родители.

Постановление

Даже самые маленькие организмы сложны и требуют множества регуляторных механизмов для координации внутренних функций, реакции на раздражители и преодоления стрессов окружающей среды.Два примера внутренних функций, регулируемых в организме, — это транспорт питательных веществ и кровоток. Органы (группы тканей, работающих вместе) выполняют определенные функции, такие как перенос кислорода по всему телу, удаление отходов, доставка питательных веществ к каждой клетке и охлаждение тела.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Гомеостаз : Белые медведи (Ursus maritimus) и другие млекопитающие, живущие в покрытых льдом регионах, поддерживают температуру своего тела, выделяя тепло и уменьшая потери тепла через густой мех и плотный слой жира. под их кожей.

Гомеостаз

Для правильного функционирования клетки должны иметь соответствующие условия, такие как правильная температура, pH и соответствующая концентрация различных химических веществ. Однако эти условия могут меняться от одного момента к другому. Организмы способны поддерживать внутренние условия в узком диапазоне почти постоянно, несмотря на изменения окружающей среды, благодаря гомеостазу (буквально «устойчивое состояние») — способности организма поддерживать постоянные внутренние условия. Например, организму необходимо регулировать температуру тела с помощью процесса, известного как терморегуляция.Организмы, обитающие в холодном климате, такие как белый медведь, имеют структуру тела, которая помогает им выдерживать низкие температуры и сохранять тепло тела. Структуры, которые помогают в этом типе изоляции, включают мех, перья, жир и жир. В жарком климате у организмов есть методы (например, потоотделение у людей или одышка у собак), которые помогают им отводить избыточное тепло тела.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Обработка энергии : Калифорнийский кондор (Gymnogyps californianus) использует химическую энергию, полученную из пищи, для обеспечения полета.

Энергетика

Все организмы используют источник энергии для своей метаболической деятельности. Некоторые организмы улавливают энергию солнца и превращают ее в химическую энергию в пище; другие используют химическую энергию в молекулах, которые они принимают в пищу.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Адаптация у плоскохвостой рогатой ящерицы : Эта ящерица демонстрирует сплющенное тело и окраску, которая помогает маскировать его, и оба эти адаптивных свойства помогают ей избегать хищников.

Evolution

По мере того, как популяция организмов взаимодействует с окружающей средой, особи с чертами, способствующими воспроизводству и выживанию в этой конкретной среде, оставляют больше потомства.Со временем эти полезные черты (так называемые адаптации) станут более распространенными среди населения. Этот процесс, изменяющийся во времени, называется эволюцией, и это один из процессов, которые объясняют разнообразие видов, наблюдаемых в биологии. Адаптации помогают организмам выжить в своих экологических нишах, и адаптивные черты могут быть структурными, поведенческими или физиологическими; как таковые адаптации часто связаны с другими свойствами организмов, такими как гомеостаз, размножение, рост и развитие.

Ключевые моменты

Порядок может включать в себя высокоорганизованные структуры, такие как клетки, ткани, органы и системы органов.
Взаимодействие с окружающей средой проявляется в ответ на раздражители.
Способность воспроизводить, расти и развиваться — определяющие черты жизни.
Концепции биологической регуляции и поддержания гомеостаза являются ключом к выживанию и определяют основные свойства жизни.
Организмы используют энергию для поддержания своих метаболических процессов.
Популяции организмов развиваются, чтобы произвести индивидуумов, адаптированных к своей конкретной среде.

Ключевые термины

фототаксис : Движение организма к источнику света или от него
ген : единица наследственности; функциональные единицы хромосом, которые определяют конкретные характеристики путем кодирования определенных белков
хемотаксис : движение клетки или организма в ответ на химический стимулятор

Что такое биология? | Живая наука

Биология — это наука о жизни.Слово «биология» происходит от греческих слов «биос» (означает жизнь) и «логос» (означает «учиться»). В целом биологи изучают структуру, функции, рост, происхождение, эволюцию и распространение живых организмов.

Биология важна, потому что она помогает нам понять, как работают живые существа, как они функционируют и взаимодействуют на нескольких уровнях, согласно Британской энциклопедии. Достижения в области биологии помогли ученым в таких вещах, как разработка более эффективных лекарств и методов лечения болезней, понимание того, как изменяющаяся окружающая среда может повлиять на растения и животных, производство достаточного количества пищи для растущего населения и прогнозирование того, как употребление новой пищи или соблюдение режима физических упражнений может влияют на наши тела.

Основные принципы современной биологии

Четыре принципа объединяют современную биологию, согласно книге «Управление наукой» (Springer New York, 2010):

Теория клеток — это принцип, согласно которому все живые существа состоят из фундаментальных единиц, называемых ячеек, и все ячейки происходят из уже существующих ячеек.
Генная теория — это принцип, согласно которому все живые существа имеют ДНК, молекулы, которые кодируют структуры и функции клеток и передаются потомству.
Гомеостаз — это принцип, согласно которому все живые существа поддерживают состояние равновесия, которое позволяет организмам выживать в окружающей их среде.
Эволюция — это принцип, который описывает, как все живые существа могут измениться, чтобы иметь черты, позволяющие им лучше выживать в окружающей среде. Эти черты являются результатом случайных мутаций в генах организма, которые «отбираются» с помощью процесса, называемого естественным отбором. Во время естественного отбора организмы, обладающие признаками, лучше подходящими для окружающей среды, имеют более высокие показатели выживаемости, а затем передают эти признаки своему потомству.

Множество разделов биологии

Хотя есть только четыре объединяющих принципа, биология охватывает широкий круг тем, которые разбиты на множество дисциплин и субдисциплин.

Согласно «Биологическому словарю Блэки» (S Chand, 2014), на высоком уровне каждую из областей биологии можно рассматривать как изучение одного типа организмов. Например, зоология — это изучение животных, ботаника — это изучение растений, а микробиология — это изучение микроорганизмов.

По теме: Фотографии растений: Удивительные ботанические снимки Карла Блоссфельдта

В этих более широких областях многие биологи специализируются на исследовании конкретной темы или проблемы.Например, ученый может изучать поведение определенного вида рыб, а другой ученый может исследовать неврологические и химические механизмы, лежащие в основе этого поведения.

Существует множество разделов и дисциплин биологии, но вот краткий список некоторых из более широких областей, которые подпадают под сферу биологии:

Биохимия: изучение химических процессов, которые происходят в или связаны между собой. к живым существам, по данным Биохимического общества.Например, фармакология — это вид биохимических исследований, которые фокусируются на изучении того, как лекарства взаимодействуют с химическими веществами в организме, как описано в обзоре 2010 года в журнале Biochemistry.
Экология: изучение того, как организмы взаимодействуют с окружающей средой. Например, эколог может изучить, как люди, живущие поблизости, влияют на поведение пчел.
Генетика: изучение наследственности. Генетики изучают, как гены передаются от родителей к потомству и как они меняются от человека к человеку.Например, ученые определили несколько генов и генетических мутаций, которые влияют на продолжительность жизни человека, как сообщается в обзоре 2019 года, опубликованном в журнале Nature Reviews Genetics.
Физиология: Изучение того, как работают живые существа. Физиология, которая применима к любому живому организму, «занимается жизнеобеспечивающими функциями и процессами живых организмов или их частей», согласно Природе. Физиологи стремятся понять биологические процессы, например, как работает конкретный орган, какова его функция и как на него влияют внешние раздражители.Например, физиологи изучили, как прослушивание музыки может вызывать физические изменения в организме человека, такие как более медленное или учащенное сердцебиение.

Ботаник — биолог, изучающий растения. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Междисциплинарный характер биологии

Биология часто исследуется вместе с другими областями обучения, включая математику, инженерию и социальные науки. Вот несколько примеров:

По данным НАСА, астробиология — это исследование эволюции жизни во Вселенной, включая поиск внеземной жизни.Эта область объединяет принципы биологии с астрономией.
По данным Университета Джорджа Мейсона, биоархеологи — это биологи, которые применяют археологические методы для изучения останков скелетов и получения информации о том, как люди жили в прошлом.
Биоинженерия — это применение инженерных принципов к биологии и наоборот, согласно данным Калифорнийского университета в Беркли. Например, биоинженер может разработать новую медицинскую технологию, которая позволяет лучше отображать внутреннюю часть тела, например улучшенную МРТ, которая сканирует человеческое тело с большей скоростью и более высоким разрешением, или применить биологические знания для создания искусственных органов.
По данным Норвежского университета науки и технологий, биотехнология предполагает использование биологических систем для разработки продуктов. Например, биотехнологи в России с помощью генной инженерии создали клубнику с лучшим вкусом и устойчивостью к болезням, которую исследователи описали в своем исследовании 2007 года, опубликованном в журнале «Биотехнологии и устойчивое сельское хозяйство за 2006 год».
Согласно Биофизическому обществу, биофизика использует принципы физики, чтобы понять, как работают биологические системы.Например, биофизики могут изучать, как генетические мутации, приводящие к изменениям в структуре белка, влияют на эволюцию белка.

Чем занимаются биологи?

По данным Американского института биологических наук, биологи могут работать в самых разных областях, включая исследования, здравоохранение, охрану окружающей среды и искусство. Вот несколько примеров:

Исследования: Биологи могут проводить исследования в самых разных условиях. Например, микробиологи могут изучать бактериальные культуры в лабораторных условиях.Другие биологи могут проводить полевые исследования, когда они наблюдают за животными или растениями в их естественной среде обитания. Многие биологи могут работать как в лаборатории, так и в полевых условиях — например, ученые могут собирать пробы почвы или воды в полевых условиях и анализировать их далее в лаборатории, как в Лаборатории почвы и воды Университета Северной Каролины.
Здравоохранение: Люди, изучающие биологию, могут продолжить работу в сфере здравоохранения, работают ли они врачами или медсестрами, присоединиться к фармацевтической компании для разработки новых лекарств и вакцин, исследовать эффективность медицинских методов лечения или стать ветеринарами, чтобы помочь лечить больных животных, по данным Американского института биологических наук.
Сохранение: Биологи могут помочь с усилиями по охране окружающей среды, изучая и определяя, как защитить и сохранить мир природы в будущем. Например, биологи могут помочь просвещать общественность о важности сохранения естественной среды обитания животных и участвовать в программах восстановления исчезающих видов, чтобы остановить исчезновение исчезающих видов, согласно Службе рыбной ловли и дикой природы США.
Искусство: Биологи, которые также имеют опыт работы в искусстве, обладают как техническими знаниями, так и художественными навыками, чтобы создавать визуальные эффекты, которые будут передавать сложную биологическую информацию широкому кругу аудиторий.Одним из примеров этого является медицинская иллюстрация, в которой иллюстратор может проводить базовые исследования, сотрудничать с экспертами и наблюдать медицинскую процедуру для создания точного изображения части тела, согласно Ассоциации медицинских иллюстраторов.

Дополнительные ресурсы:

Характеристики живых существ

Определение живого существа — трудное дело, как и определение «жизни» — свойства, которым обладают живые существа.Однако живое существо обладает определенными свойствами, которые помогают определить, что такое жизнь.

Комплексная организация

У живых существ есть уровень сложности и организованности, которых нет в безжизненных объектах. В лучшем случае На фундаментальном уровне живое существо состоит из одной или нескольких ячеек. Эти агрегаты, как правило, слишком малы чтобы увидеть невооруженным глазом, организованы в ткани. Ткань представляет собой серию клеток, которые выполнять общую функцию.Ткани, в свою очередь, образуют органов, таких как желудок и почки. Ряд органов работает вместе составляют систему органов . Организм представляет собой сложную серию различных системы органов.

Метаболизм

Живые существа экспонируют быстрый оборот химических материалов, который обозначается как метаболизм . Метаболизм включает обмен химическими веществами с внешней средой и обширные превращения органического вещества в клетках живого организма.Метаболизм обычно включает высвобождение или использование химической энергии. Не живой вещи не проявляют метаболизма.

Отзывчивость

Все живые существа способны реагировать на раздражители во внешней среде. Например, живые существа реагируют на изменения света, тепла, звука, химического и механического контакта. Для обнаружения раздражителей у организмов есть средства получения информации, например: глаза, уши и вкусовые рецепторы.

Эффективно реагировать на изменения окружающей среды, организм должен координировать свои реакции.Система нервов и ряд химических регуляторов, называемых гормонами, координируют деятельность в организме. Организм реагирует на раздражители посредством ряда эффекторов, таких как мышцы и железы. Обычно в процессе используется энергия.

Организмы меняют свое поведение в ответ на изменения в окружающей среде. Например, организм может двигаться в ответ на окружающую среду. Такие ответы случаются в определенных закономерностях и составляют поведение организма.Поведение активный, а не пассивный; животное, реагирующее на раздражитель, отличается от камень катится с холма. Живые существа демонстрируют отзывчивость ; неживых вещей нет.

Рост

Для роста нужен организм извлекать материал из окружающей среды и организовывать его в собственное конструкции. Для достижения роста организм расходует часть энергии, которую он приобретает в процессе обмена веществ. У организма есть образец для выполнения строительство ростовых структур.

В период роста зарабатывала на жизнь организм преобразует материал, который не похож на него самого, в материалы, подобные Это. Например, человек переваривает пищу из мяса и овощей и преобразует химический материал в большую часть себя. Неживой организм не отображает эту характеристику.

Репродукция

Живое существо обладает способностью производить копии самого себя с помощью процесса, известного как репродукция . Эти копии сделаны, пока организм еще жизнь.У растений и простых животных размножение часто является продолжением процесс роста. Более сложные организмы участвуют в воспроизводстве называется половое размножение, в котором два родителя способствуют формированию новой личности. Во время этого В процессе может быть получена новая комбинация признаков.

Бесполое размножение включает только одного родителя, и полученные клетки обычно идентичны родительской ячейке. Например, бактерии растут и быстро достигают зрелости, после чего в процессе бесполого размножения называется двоичным деление.

Evolution

Живые организмы обладают способность адаптироваться к окружающей среде в процессе эволюции. В течение эволюции, изменения происходят в популяциях, и организмы в популяции становятся лучше способны метаболизировать, реагировать и размножаться. Они развиваются способности справляться с окружающей средой, которой не обладали их предки.

Evolution также приводит к большее разнообразие организмов, чем существовало в предыдущие эпохи. Это распространение популяций организмов уникальна для живых существ.

Экология

Окружающая среда влияет живые существа, которые его окружают. Экология это изучение взаимоотношений между организмами и их взаимоотношений с их окружение. И биотические факторы (живые существа), и абиотические факторы (неживые вещи) могут изменить окружающую среду. Дождь и солнечный свет — неживые компоненты, например, которые сильно влияют на окружающую среду. Живые существа могут мигрировать или впадать в спячку, если в окружающей среде становится трудно жить.

1.2B: Уровни организации живых существ

Последнее обновление
Сохранить как PDF

От органелл к биосферам
Ключевые моменты
Ключевые термины

Цели обучения

Опишите биологические уровни организации от самого малого до самого высокого уровня.

Живые существа высокоорганизованы и структурированы в соответствии с иерархией, которую можно исследовать в масштабе от малого до большого.Атом — самая маленькая и самая фундаментальная единица материи. Он состоит из ядра, окруженного электронами. Атомы образуют молекулы, которые представляют собой химические структуры, состоящие по крайней мере из двух атомов, удерживаемых вместе одной или несколькими химическими связями. Многие молекулы, которые имеют биологическое значение, являются макромолекулами, большими молекулами, которые обычно образуются в результате полимеризации (полимер — это большая молекула, которая образуется путем объединения более мелких звеньев, называемых мономерами, которые проще макромолекул). Примером макромолекулы является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), которая содержит инструкции по структуре и функционированию всех живых организмов.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): ДНК : Все молекулы, включая эту молекулу ДНК, состоят из атомов.

От органелл к биосферам

Макромолекулы могут образовывать агрегаты внутри клетки, окруженные мембранами; их называют органеллами. Органеллы — это небольшие структуры, существующие внутри клеток. Примеры из них: митохондрии и хлоропласты, которые выполняют незаменимые функции. Митохондрии производят энергию для питания клетки, а хлоропласты позволяют зеленым растениям использовать энергию солнечного света для производства сахаров.Все живые существа состоят из клеток, и сама клетка является наименьшей фундаментальной единицей структуры и функций в живых организмах. (Это требование является причиной того, почему вирусы не считаются живыми: они не состоят из клеток. Чтобы создать новые вирусы, они должны вторгнуться и захватить репродуктивный механизм живой клетки; только тогда они могут получить материалы, необходимые для воспроизводства.) Некоторые организмы состоят из одной клетки, а другие являются многоклеточными. Клетки подразделяются на прокариотические и эукариотические.Прокариоты — это одноклеточные или колониальные организмы, не имеющие ядер, связанных с мембраной; напротив, клетки эукариот действительно имеют мембраносвязанные органеллы и мембраносвязанное ядро.

В более крупных организмах клетки объединяются в ткани, которые представляют собой группы похожих клеток, выполняющих аналогичные или связанные функции. Органы — это совокупность тканей, сгруппированных вместе, выполняющих общую функцию. Органы есть не только у животных, но и у растений. Система органов — это более высокий уровень организации, состоящий из функционально связанных органов.У млекопитающих много систем органов. Например, кровеносная система транспортирует кровь по телу в легкие и из них; он включает такие органы, как сердце и кровеносные сосуды. Более того, организмы — это индивидуальные живые существа. Например, каждое дерево в лесу — это организм. Одноклеточные прокариоты и одноклеточные эукариоты также считаются организмами и обычно называются микроорганизмами.

Все особи вида, живущие на определенной территории, вместе называются популяцией.Например, в лесу может быть много сосен. Все эти сосны представляют собой популяцию сосен в этом лесу. На одной и той же территории могут проживать разные группы населения. Например, сосновый лес включает популяции цветковых растений, а также популяции насекомых и микробов. Сообщество — это сумма популяций, населяющих определенную территорию. Например, все деревья, цветы, насекомые и другие популяции в лесу образуют лесное сообщество. Сам лес — это экосистема.Экосистема состоит из всех живых существ в определенной области вместе с абиотическими, неживыми частями этой среды, такими как азот в почве или дождевая вода. На самом высоком уровне организации биосфера представляет собой совокупность всех экосистем и представляет собой зоны жизни на Земле. Он включает землю, воду и даже в определенной степени атмосферу. Взятые вместе, все эти уровни составляют биологические уровни организации, которые варьируются от органелл до биосферы.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Биологические уровни организации : Биологические уровни организации живых существ следуют иерархии, подобной показанной. От отдельной органеллы до всей биосферы живые организмы являются частью высоко структурированной иерархии.

Ключевые моменты

Атом — самая маленькая и самая фундаментальная единица материи. Связь по крайней мере двух атомов или более образуют молекулы.
Простейший уровень организации живых существ — это отдельная органелла, состоящая из агрегатов макромолекул.
Высший уровень организации живых существ — это биосфера; он охватывает все остальные уровни.
Биологические уровни организации живых существ от простейшего до наиболее сложного: органеллы, клетки, ткани, органы, системы органов, организмы, популяции, сообщества, экосистема и биосфера.

Ключевые термины

молекула : Наименьшая частица определенного соединения, которая сохраняет химические свойства этого соединения; два или более атомов, удерживаемых вместе химическими связями.
макромолекула : очень большая молекула, особенно используемая в отношении крупных биологических полимеров (например, нуклеиновых кислот и белков)
полимеризация : Химический процесс, обычно с помощью катализатора, с целью образования полимера путем связывания вместе нескольких идентичных звеньев (мономеров).

живой материи | Издательство Принстонского университета

Границы физики могут показаться невероятно далекими — они находятся в невидимом квантовом царстве или в самых дальних уголках космоса.Но одна из самых захватывающих границ физики лежит гораздо ближе, чем мы думаем: в наших собственных телах и других живых организмах, которые демонстрируют удивительно сложные структурные узоры и динамические процессы, которые мы еще не понимаем. В статье Living Matter ведущий биофизик Алекс Левин объясняет, почему раскрытие тайн жизни может в конечном итоге потребовать новой физики — такой, которая полностью учитывает фундаментальные различия между живой и неживой материей.

Жизнь отличается не только своей эволюционной историей и функцией, объясняет Левин, но и тем, что она демонстрирует уникальную сложность структуры и организационного поведения.Кроме того, жизнь процветает в состояниях, которые не всегда можно предсказать с помощью тех же физических принципов, которые используются для объяснения неживых систем. От отдельных белков до целых наборов клеток, от ДНК до глаз, ушей и мозга — Левин путешествует по наиболее многообещающим областям жизни, где может быть обнаружена новая физика. Попутно он рассматривает множество интересных вопросов, таких как электрическая природа мысли и возникновение жизни из неодушевленного.

Раскрывая, какой вклад в физику может внести изучение биологического мира, Living Matter раскрывает потенциальную научную революцию, которая существует на неизведанной территории, лежащей у нас на кончиках пальцев.

Алекс Дж. Левин — директор Центра биологической физики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, где он также является профессором кафедры химии и биохимии, физики и астрономии, а также биоматематики. Он живет в Лос-Анджелесе.

« Living Matter — это призыв к оружию для читателей, чтобы они увидели биофизику как следующий рубеж физики, который может иметь далеко идущие последствия для науки и техники.»- Питер М. Хоффманн, автор книги Life’s Ratchet: How Molecular Machines Extract Order from Chaos

«Убедительный и страстный аргумент в пользу подхода физика к пониманию живых систем, Living Matter дает четкое представление о некоторых глубоких открытиях, которые были сделаны на стыке физики и биологии», — Джефф Гор, Массачусетский институт Технологии

Вирусы живы? — Scientific American

Примечание редактора: эта статья была первоначально опубликована в декабрьском номере журнала Scientific American за 2004 год.

В эпизоде классической телевизионной комедии 1950-х годов Молодожены водитель автобуса из Бруклина Ральф Крамден громко объясняет своей жене Алисе: «Ты знаешь, я знаю, как легко можно заразиться вирусом». Полвека назад даже обычные люди, такие как Крамдены, имели некоторое представление о вирусах как о микроскопических переносчиках болезней. Тем не менее почти наверняка они не знали, что такое вирус. Они были и остаются не одиноки.

В течение примерно 100 лет научное сообщество неоднократно меняло свое коллективное мнение о том, что такое вирусы.Сначала рассматриваемые как яды, затем как формы жизни, затем как биологические химические вещества, вирусы сегодня считаются находящимися в серой зоне между живым и неживым: они не могут воспроизводиться сами по себе, но могут делать это в действительно живых клетках, а также могут влиять на поведение хозяев глубоко. Отнесение вирусов к категории неживых на протяжении большей части современной эры биологической науки имело непредвиденные последствия: это привело к тому, что большинство исследователей игнорировали вирусы при изучении эволюции. Однако, наконец, ученые начинают ценить вирусы как фундаментальных игроков в истории жизни.

Условия использования
Легко понять, почему вирусы так сложно отследить. Кажется, что они меняются в зависимости от линзы, применяемой для их изучения. Первоначальный интерес к вирусам возник из-за их связи с болезнями — слово «вирус» происходит от латинского термина «яд». В конце 19 века исследователи поняли, что некоторые заболевания, в том числе бешенство и ящур, вызываются частицами, которые, казалось, вели себя как бактерии, но были намного меньше по размеру.Поскольку они были явно биологическими и могли передаваться от одной жертвы к другой с очевидными биологическими эффектами, вирусы тогда считались простейшими из всех живых, генетически несущих форм жизни.

Их понижение до инертных химикатов произошло после 1935 года, когда Венделл М. Стэнли и его коллеги в том, что сейчас называется Рокфеллеровским университетом в Нью-Йорке, впервые кристаллизовали вирус — вирус табачной мозаики. Они увидели, что он состоит из комплекса сложных биохимических веществ.Но ему не хватало основных систем, необходимых для метаболических функций, биохимической жизнедеятельности. Стэнли разделил Нобелевскую премию 1946 года — по химии, а не по физиологии или медицине — за эту работу.

Дальнейшие исследования Стэнли и других установили, что вирус состоит из нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), заключенных в белковую оболочку, которая также может защищать вирусные белки, участвующие в инфекции. По такому описанию вирус больше похож на химический набор, чем на организм. Но когда вирус попадает в клетку (которая после заражения называется хозяином), он далеко не бездействует.Он сбрасывает свою оболочку, обнажает свои гены и побуждает собственный репликационный аппарат клетки воспроизводить ДНК или РНК злоумышленника и производить больше вирусного белка на основе инструкций, содержащихся в вирусной нуклеиновой кислоте. Вновь созданные вирусные биты собираются, и, вуаля, возникает новый вирус, который также может заразить другие клетки.

Такое поведение привело многих к мысли, что вирусы существуют на границе между химией и жизнью. Более поэтично, вирусологи Марк Х. В. ван Регенмортель из Страсбургского университета во Франции и Брайан В.Дж. Махи из Центров по контролю и профилактике заболеваний недавно сказал, что вирусы, зависимые от клеток-хозяев, ведут «своего рода заимствованную жизнь». Интересно, что хотя биологи долгое время придерживались мнения, что вирусы — это просто коробки с химическими веществами, они воспользовались вирусной активностью в клетках-хозяевах, чтобы определить, как нуклеиновые кислоты кодируют белки: действительно, современная молекулярная биология опирается на информацию, полученную с помощью вирусов.

Молекулярные биологи продолжили кристаллизовать большинство основных компонентов клетки и сегодня привыкли думать о клеточных составляющих, например, о рибосомах, митохондриях, мембранах, ДНК и белках, как о химическом оборудовании или о том, что оборудование использует или производит .Это воздействие множества сложных химических структур, которые осуществляют жизненные процессы, вероятно, является причиной того, что большинство молекулярных биологов не тратят много времени на размышления о том, живы ли вирусы. Для них это упражнение может показаться равносильным размышлению о том, живы ли эти отдельные субклеточные компоненты сами по себе. Этот близорукий взгляд позволяет им видеть только то, как вирусы кооптируют клетки или вызывают заболевание. Более широкий вопрос о вирусном вкладе в историю жизни на Земле, о котором я вскоре расскажу, по большей части остается без ответа и даже без ответа.

Быть или не быть
Казалось бы, простой вопрос о том, живы ли вирусы, который часто задают мои студенты, вероятно, не давал простого ответа все эти годы, потому что он поднимает фундаментальный вопрос: что именно определяет «жизнь»? Точное научное определение жизни — вещь неуловимая, но большинство наблюдателей согласятся, что жизнь включает в себя определенные качества в дополнение к способности воспроизводить. Например, живое существо находится в состоянии, ограниченном рождением и смертью.Считается, что живые организмы также нуждаются в определенной степени биохимической автономии, выполняя метаболические процессы, которые производят молекулы и энергию, необходимые для поддержания организма. Этот уровень автономии важен для большинства определений.

Однако вирусы

паразитируют практически на всех биомолекулярных аспектах жизни. То есть они зависят от клетки-хозяина в качестве сырья и энергии, необходимых для синтеза нуклеиновых кислот, синтеза, обработки и транспорта белка, а также всех других биохимических действий, которые позволяют вирусу размножаться и распространяться.Тогда можно сделать вывод, что, хотя эти процессы находятся под вирусным контролем, вирусы — это просто неживые паразиты живых метаболических систем. Но может существовать спектр между тем, что действительно живо, и тем, что нет.

Камень не живой. Метаболически активный мешок, лишенный генетического материала и потенциала для размножения, тоже не живой. Но бактерия жива. Хотя это отдельная клетка, она может генерировать энергию и молекулы, необходимые для поддержания своей жизнедеятельности, и может воспроизводиться.Но как насчет семени? Семя нельзя считать живым. Тем не менее, у него есть потенциал для жизни, и он может быть уничтожен. В этом отношении вирусы больше напоминают семена, чем живые клетки. У них есть определенный потенциал, который можно подавить, но они не достигают более автономного состояния жизни.

Другой способ думать о жизни — это возникающее свойство совокупности определенных неживых вещей. И жизнь, и сознание являются примерами возникающих сложных систем. Каждый из них требует критического уровня сложности или взаимодействия для достижения своих состояний.Сам по себе нейрон или даже сеть нервов не обладает сознанием — необходима сложность всего мозга. Однако даже неповрежденный человеческий мозг может быть биологически живым, но неспособным к сознанию, или «мертвым мозгом». Точно так же ни клеточные, ни вирусные отдельные гены или белки сами по себе не являются живыми. Энуклеированная клетка сродни состоянию безумной смерти в том смысле, что у нее отсутствует полная критическая сложность. Вирусу тоже не удается достичь критической сложности. Таким образом, сама жизнь — это возникающее, сложное состояние, но оно состоит из тех же фундаментальных физических строительных блоков, которые составляют вирус.С этой точки зрения вирусы, хотя и не полностью живые, можно рассматривать как нечто большее, чем просто инертную материю: они граничат с жизнью.

Фактически, в октябре французские исследователи объявили о находках, которые заново демонстрируют, насколько близко могут подойти некоторые вирусы. Дидье Рауль и его коллеги из Университета Средиземноморья в Марселе объявили, что они секвенировали геном самого крупного известного вируса, мимивируса, который был открыт в 1992 году. Вирус размером примерно с небольшую бактерию заражает амебы.Анализ последовательности вируса выявил многочисленные гены, которые ранее считались существующими только в клеточных организмах. Некоторые из этих генов участвуют в создании белков, кодируемых вирусной ДНК, и могут облегчить Мимивирусу кооптировать системы репликации клетки-хозяина. Как отметила исследовательская группа в своем отчете в журнале Science , огромная сложность генетического дополнения мимивируса «бросает вызов установленной границе между вирусами и паразитическими клеточными организмами».

Влияние на эволюцию
Споры о том, следует ли маркировать вирусы как живые, естественным образом приводят к другому вопросу: является ли размышление о статусе вирусов как живых или неживых более чем философским упражнением, основой оживленных и горячих риторических дебатов, но с небольшими реальными последствиями? Я думаю, что проблема важна, потому что то, как ученые рассматривают этот вопрос, влияет на их представления о механизмах эволюции.

Вирусы имеют свою древнюю эволюционную историю, восходящую к самому происхождению клеточной жизни. Например, некоторые вирусные ферменты репарации, которые вырезают и повторно синтезируют поврежденную ДНК, устраняют повреждения кислородными радикалами и т. Д., Являются уникальными для определенных вирусов и существуют почти без изменений, вероятно, в течение миллиардов лет.

Тем не менее, большинство биологов-эволюционистов считают, что, поскольку вирусы не являются живыми, они не заслуживают серьезного рассмотрения при попытке понять эволюцию.Они также считают, что вирусы происходят от генов хозяина, которые каким-то образом ускользнули от хозяина и приобрели белковую оболочку. С этой точки зрения вирусы — это беглые гены-хозяева, которые переродились в паразитов. А поскольку вирусы, таким образом, исключены из паутины жизни, важный вклад, который они, возможно, внесли в происхождение видов и поддержание жизни, может остаться нераспознанным. (Действительно, вирусам посвящены только четыре из 1205 страниц тома «Энциклопедия эволюции » 2002 года.)

Конечно, биологи-эволюционисты не отрицают, что вирусы сыграли определенную роль в эволюции.Но, рассматривая вирусы как неодушевленные, эти исследователи относят их к той же категории влияний, что и, скажем, изменение климата. Такое внешнее влияние отбирает людей, имеющих различные генетически контролируемые черты; те люди, которые наиболее способны выжить и процветать, столкнувшись с этими проблемами, продолжают наиболее успешно воспроизводиться и, следовательно, передают свои гены будущим поколениям.

Но вирусы напрямую обмениваются генетической информацией с живыми организмами, то есть внутри самой сети жизни.Возможный сюрприз для большинства врачей и, возможно, для большинства эволюционных биологов в том, что большинство известных вирусов устойчивы и безвредны, а не патогенны. Они поселяются в клетках, где они могут оставаться в состоянии покоя в течение длительных периодов времени или использовать аппарат репликации клеток для воспроизведения с медленной и устойчивой скоростью. Эти вирусы разработали множество хитроумных способов избежать обнаружения иммунной системой хозяина — по сути, каждый этап иммунного процесса может изменяться или контролироваться различными генами, обнаруженными в том или ином вирусе.

Кроме того, вирусный геном (полный набор ДНК или РНК) может постоянно колонизировать своего хозяина, добавляя вирусные гены к линиям хозяина и в конечном итоге становясь важной частью генома вида хозяина. Таким образом, вирусы, несомненно, обладают более быстрым и прямым воздействием, чем воздействие внешних сил, которые просто выбирают среди более медленно генерируемых внутренних генетических вариаций. Огромная популяция вирусов в сочетании с их быстрыми темпами репликации и мутации делает их ведущим мировым источником генетических инноваций: они постоянно «изобретают» новые гены.А уникальные гены вирусного происхождения могут путешествовать, проникая в другие организмы и внося свой вклад в эволюционные изменения.

Данные, опубликованные Международным консорциумом по секвенированию генома человека, показывают, что от 113 до 223 генов, присутствующих в бактериях и геноме человека, отсутствуют в хорошо изученных организмах, таких как дрожжи Saccharomyces cerevisiae , плодовая мушка Drosophila melanogaster и нематода Caenorhabditis elegans — которые находятся между этими двумя эволюционными крайностями.Некоторые исследователи считали, что эти организмы, возникшие после бактерий, но до позвоночных, просто потеряли рассматриваемые гены в какой-то момент своей эволюционной истории. Другие предположили, что эти гены были переданы непосредственно человеческому роду через вторжение бактерий.

Мой коллега Виктор ДеФилиппис из Института вакцины и генной терапии Орегонского университета здравоохранения и науки и я предложили третью альтернативу: вирусы могут порождать гены, а затем колонизировать две разные линии — например, бактерии и позвоночные.Ген, очевидно переданный человечеству бактериями, мог быть передан им обоим вирусом.

Фактически, вместе с другими исследователями, Филип Белл из Университета Маккуори в Сиднее, Австралия, и я утверждаем, что ядро клетки имеет вирусное происхождение. Появление ядра, которое отличает эукариот (организмы, клетки которых содержат истинное ядро), включая людей, от прокариот, таких как бактерии, нельзя удовлетворительно объяснить только постепенной адаптацией прокариотических клеток до тех пор, пока они не станут эукариотами.Скорее, ядро могло развиться из персистирующего большого ДНК-вируса, который поселился в прокариотах. Некоторая поддержка этой идеи исходит из данных последовательностей, показывающих, что ген ДНК-полимеразы (фермент, копирующий ДНК) в вирусе под названием T4, который заражает бактерии, тесно связан с другими генами ДНК-полимеразы как у эукариот, так и у вирусов, которые их заражают. Патрик Фортер из Университета Париж-Юг также проанализировал ферменты, ответственные за репликацию ДНК, и пришел к выводу, что гены таких ферментов у эукариот, вероятно, имеют вирусное происхождение.

Вирусы, от одноклеточных организмов до человеческих популяций, влияют на все живое на Земле, часто определяя то, что выживет. Но сами вирусы тоже развиваются. Новые вирусы, такие как ВИЧ-1, вызывающий СПИД, могут быть единственными биологическими объектами, которые исследователи могут действительно наблюдать, что является примером эволюции в действии.

Вирусы имеют значение для жизни. Они представляют собой постоянно меняющуюся границу между мирами биологии и биохимии.

РубрикаРазное

Биология что такое живое вещество: Функции живого вещества — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Функции живого вещества — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Живое вещество биосферы и его функции

Методы биологии. Живое вещество, его свойства. Уровни организации жизни

Биосфера, подготовка к ЕГЭ по биологии

Границы биосферы

Вещество биосферы

Функции живого вещества

Теория биогенной миграции атомов Вернадского В.И.

Ноосфера

Круговорот веществ

Тестовые задания — Урок 35 — ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

Живое вещество — это… Что такое Живое вещество?

Функции живого вещества в биосфере и свойства (Таблица)

Свойства и особенности живого вещества биосферы:

Основные функции живого вещества таблица

Живые существа — определение и примеры

Живое существо Определение

Этимология

История

Абиогенез

Первородный суп

Гипотеза мира РНК

Эндосимбиотическая теория

Многоклеточность

Кембрийский взрыв

Текущее население

Классификация

Характеристики живых существ

Организованная структура

Энергия требует

Репродуктивная способность

Рост

Метаболизм

Реагирует на стимулы

Движение

Смерть

Неклеточная жизнь

Исследования

См. Также

Ссылки

1.2A: Свойства жизни — Biology LibreTexts

Заказать

Чувствительность или реакция на стимулы

Репродукция

Рост и развитие

Постановление

Гомеостаз

Энергетика

Evolution

Ключевые моменты

Ключевые термины

Что такое биология? | Живая наука

Основные принципы современной биологии

Множество разделов биологии

Междисциплинарный характер биологии

Чем занимаются биологи?

Характеристики живых существ

Характеристики живых существ

Комплексная организация

Метаболизм

Отзывчивость

Рост

Репродукция

Evolution

Экология

1.2B: Уровни организации живых существ

От органелл к биосферам

Ключевые моменты

Ключевые термины

живой материи | Издательство Принстонского университета

Вирусы живы? — Scientific American

Добавить комментарий Отменить ответ