| Эврифаги | Экологически пластичные |
| Стенофаги | Чутко реагируют на изменение концентрации солей |
| Эврибионтные | Виды с узкими пищевыми пристрастиями |
| Стенобионтные | Слабо реагируют на изменение освещенности |
| Эвритермные | Маловыносливые, с узкой зоной оптимума для многих факторов |
| Стенотермные | Живущие в узких температурных границах |
| Эврифотные | Резко реагируют на изменение освещенности |
| Стенофотные | Малочувствительны к концентрации солей |
| Эвригалинные | Устойчивы к изменению температуры, с широкой зоной оптимума |
| Стеногалинные | Всеядные виды |
7. Сформулируйте общие законы зависимости организма от факторов среды:
Закон минимума;
Закон толерантности;
Закон лимитирующего фактора.
8. Существует русская поговорка «Каши маслом не испортишь», которую применяют и к некоторым хозяйственным делам. Противоречит ли это перечисленным выше законам? Почему?
9. Почему медицинские инструменты стерилизуют кипячением в автоклавах под давлением, а не промораживанием?
ЗАДАЧА 5
ЗАДАНИЕ : Ответить на вопросы «Виды воздействия на природную среду».
Общие сведения
Человек начал изменять природные комплексы уже на первобытной стадии развития цивилизации, в период охоты и собирательства, когда стал пользоваться огнем. Одомашнивание диких животных и развитие земледелия расширили территорию проявления последствий человеческой деятельности. По мере развития промышленности и замены мускульной силы энергией топлива интенсивность антропогенного влияния продолжала возрастать. В XX в. вследствие особенно быстрых темпов роста населения и его потребностей оно достигло небывалого уровня и распространилось на весь мир.
Воздействие человека на любой компонент природной среды приводит к многоуровневой цепной реакции: воздействие на один компонент биогеоценоза передается на другие ее компоненты, в целом влияя на ее функционирование, а изменения в этом биогеоценозе приводят к трансформации граничащих с ним биогеоценозах, которые, в свою очередь, провоцируют перестройки у следующих.
Существует четыре основных типа влияния человека на природную среду:
1) изъятие человеком из природной среды различных ресурсов;
2) насыщение природной среды чужеродными для нее веществами;
3) внедрение в природные комплексы искусственных элементов или сооружений;
4) трансформация природных систем или процессов.
Влияние человечества на окружающую его среду, но не обязательно прямое, называется антропогенное воздействие .
Виды воздействия человека на окружающую среду.
1. Конструктивные – этовосстановление и улучшение окружающей среды.
2. Деструктивные – эторазрушение и загрязнение окружающей среды. Данный вид воздействия бывает:
а) неосознанным (охота, вырубка и выжигание лесов древним человеком (например, Сахара вместо леса);
б) осознанным (хищническое).
К видам негативного воздействия на окружающую среду относятся:
Выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ и иных веществ;
Сбросы загрязняющих веществ, иных веществ и микроорганизмов в поверхностные водные объекты, подземные водные объекты и на водосборные площади;
Загрязнение недр, почв;
Размещение отходов производства и потребления;
Загрязнение окружающей среды шумом, теплом, электромагнитными, ионизирующими и другими видами физических воздействий;
Иные виды негативного воздействия на окружающую среду.
3. Амфиструктивное – этосмешанное влияние человека на окружающую среду. Ему предшествует осознание экологической угрозы конкретному ландшафту – полю, лесу, пляжу, зеленому наряду городов. Действия направляются на замедление деструкции (разрушения). Например, вытаптывание пригородных лесопарков, уничтожение подроста цветущих растений можно ослабить, разбивая дорожки, образуя места для короткого отдыха. В сельскохозяйственных зонах проводят почвозащитные мероприятия. На городских улицах высаживают и высеивают растения, устойчивые к действию транспортных и промышленных выбросов.
Практическая часть
1. Охарактеризуйте экологическую ситуацию в Хабаровском крае или в районе Вашего проживания. Выделите наиболее острые экологические проблемы
2. Предложите первоочередные, на Ваш взгляд, мероприятия по охране окружающей среды в Хабаровском крае или в районе Вашего проживания.
3. Установите соответствие и составьте цепочки причинно-следственных связей (табл. 16).
Таблица 16
Задание на соответствие
4. Перечислите виды физического (параметрического) загрязнения и приведите источники возникновения и возможные последствия (табл. 17).
Таблица 17
Виды параметрического загрязнения
5. Расположите вещества по убыванию их токсичности:
Диоксид азота;
Оксид углерода;
Бензапирен;
Диоксины;
Диоксид серы;
6. Приведите примеры конструктивного, деструктивного, амфиструктивного воздействия человека на природную среду (табл. 18).
Таблица 18
Виды воздействия человека на природную среду
| Вид воздействия | Примеры |
7. Американский ученый Б. Коммонер предложил систему «Законов экологии»:
1. Все связано со всем
2. Все должно куда-то деваться
3. Ничто не дается даром
4. Природа знает лучше
Приведите примеры, подтверждающие справедливость этих законов.
8. Предложите варианты участия общественности в решении экологических проблем
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
1. Взаимодействие природы и общества. Виды взаимодействия
2. Признаки экологического кризиса
3. Причины экологического кризиса
4. Зоны чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия
5. Охрана биосферы: определение, охрана как ресурса и среды обитания
6. Определение, содержание и предмет экологии
7. Спектр уровней организации живых организмов
8. Классификация экологии
9. Главные и стратегические задачи экологии
10. Задачи экологии в общетеоретическом плане
11. Прикладные задачи экологии
12. Системные законы макроэкологии (Постулаты Коммонера) и следствия из них
13. Биосфера: определение, границы, состав вещества
14. Структура биосферы
15. Состав живого вещества. «Закон бережливости»
16. Функции живого вещества
17. Биогеохимические принципы Вернадского. Закон константности живого вещества
18. Этапы эволюции биосферы с точки зрения формирования сред жизни
19. Классификация живых организмов
20. Экологические факторы: определение, классификация
21. Классификация абиотических экологических факторов
22. Законы действия экологических факторов: минимума, толерантности, лимитирующего фактора. Правила равнозначности условий жизни, соответствия условий жизни генетической предопределенности организма, взаимодействия факторов
23. Определения толерантности, экологической валентности, стено- и эврибионтных организмов, лимитирующего фактора
24. Компенсация экологических факторов
25. Экологическая ниша. Понятие о потенциальной и реализованной экологической нише
26. Адаптации: определение, виды, закономерности
27. Особенности факторов наземно-воздушной среды
28. Свет как экологический фактор, пути адаптации к нему живых организмов
29. Экологические группы растений по отношению к свету
30. Температура как экологический фактор. Значение температуры. Правило Вант-Гоффа
31. Пойкило- и гомойотермные организмы. Преимущества пойкило – и гоиойотермии.
32. Температурные адаптации растений и животных
33. Влажность как экологический фактор. Значение воды. Показатели влажности
34. Воздух как экологический фактор
35. Огонь как экологический фактор
36. Орографические экологические факторы
37. Особенности водной среды обитания
38. Почва как среда жизни. Особенности почвы как среды обитания
39. Почвенные факторы
40. Живые организмы как среда обитания
41. Определение популяций, структура, показатели
42. Динамика численности популяции
43. Экологические стратегии выживания популяций
44. Регуляция плотности популяции
45. Биоценозы: определение, особенности
46. Видовая структура биоценозов
47. Пространственная структура биоценозов
48. Отношения организмов в биоценозе. Типы взаимодействию живых организмов
49. Виды взаимодействия живых организмов (биотические экологические факторы)
50. Выводы по взаимодействию живых организмов
51. Экосистема: определение, признаки, свойства, состав
52. Типы экосистем (наземных, морских, пресноводных)
53. Биотическая структура экосистем
54. Энергия в экосистемах
55. Трофические цепи и трофические уровни. Правило 10%. Экологические пирамиды
56. Продуктивность экосистем. Составьте схему потока энергии в экосистеме. Правило 1%.
57. Динамика экосистем
58. Сравнительная характеристика биомов
59. Большой (геологический) круговорот
60. Малый круговорот. Биогеохимические циклы
61. Круговорот воды
62. Круговорот углерода. Причины его нарушения
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
| № п/п | Авторы, составители | Заглавие | Изд-во, год | Кол-во |
| 1. Основная литература | ||||
| 1.1 | Николайкин Н. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. | Экология: учеб. для вузов (техн. направ.). – 8-е изд., перераб. и доп. | Academia, 2012 | |
| 1.2 | Коробкин В. И., Передельский Л. В. | Экология: учебник для студ. бакалаврской ступени многоуровневого высш. проф. образования: учебник для вузов. – 17-е изд., доп. и перераб. | Феникс, 2012 | |
| 1.3 | Колесников С. И. | Экология: учеб. пособие для вузов (направ. «География», «Экология и природопользование»). – 3-е изд. | Академцентр, 2008 | |
| 2. Дополнительная литература | ||||
| 2.1 | Горелов А. А. | Основы экологии: учебник для вузов (направ. «Педагог. образование» профиль «Биология»). – 4-е изд., перераб. | Academia, 2013 | |
| 2.2 | Ажгиревич А. И., Грачев В. А., Гутенев В. В., Денисов В. В., Денисова И. А., Дрововозова Т. И., Лозановская И. Н., Луганская И. А., Москаленко А. П., Хорунжий Б. И. | Экология: учебное пособие для вузов / под ред. В.В. Денисова. – 3-е изд., испр. и доп. | МарТ, 2006 | |
| 2.3 | Маврищев В. В. | Основы экологии: учебник для вузов (спец. небиолог.). – 3-е изд., испр. и доп. | Вышэйшая школа, 2007 | |
| 2.4 | Денисов В. В., Грачев В. А., Азаров В. Н., Бондаренко В. Л., Гутенев В. В. [и др.] | Экология: учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., испр. и доп. | МарТ, 2009 |
Окончание табл. 16
| № п/п | Авторы, составители | Заглавие | Изд-во, год | Кол-во | |
| 2.5 | Христофорова Н. К. | Основы экологии: учебник для вузов. – 3-е изд., доп. | Магистр, 2014 | ||
| 2.6 | Валова, В. Д. (Копылова) | Основы экологии: учебное пособие для вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. | Дашков и К°, 2005 | ||
| 2.7 | Шилов И. А. | Экология: учебник для вузов (спец. биолог. и мед.). – 7-е изд., стер. | Юрайт, 2012 | ||
| 2.8 | Экология и экономика природопользования: учеб. для вузов (спец. экон.) / под ред. Э.В. Гирусова. – 3-е изд., перераб. и доп. | ЮНИТИ, 2007 | |||
| 2.9 | Ручин А. Б. | Экология популяций и сообществ: учеб. для вузов (спец.020803 «Биоэкология», направ. и спец. 020201 «Биология»). | Academia, 2006 | ||
| 2.10 | Стадницкий Г. В. | Экология: учебник для вузов (спец. химико-технолог. и техн.). – 9-е изд., перераб. и доп. | Химиздат, 2007 | ||
| 2.11 | Маврищев В. В. | Общая экология. Курс лекций. – 3-е изд., стер. | ИНФРА-М, 2011 | ||
| 2.12 | Большаков В. Н. | Экология: учебник для вузов (техн. спец.) / под ред.: Г.В. Тягунова, Ю.Г. Ярошенко. | КноРус, 2012 | ||
| 2.13 | Розанов С. И. | Общая экология: учебник для вузов (дисциплина «Экология» направ. и спец. техн.). – 6-е изд., стер. | Лань, 2005 | ||
| 2.14 | Экология: учебное пособие для вузов (спец. агроном.) / под ред. Ю.И. Житина. | Академический проект, 2008 | |||
| 2.15 | Бродский А. К. | Общая экология: учебник для вузов (направ. подгот. бакалавров, магистров «Биология» спец. «Биоэкология» направ. «Экология и природопол.»). – 5-е изд., перераб. и доп. | Academia, 2010. | ||
| 2.16 | Ситаров В. А., Пустовойтов В. В. | Социальная экология: учебник для бакалавров: учебник для вузов (пед.). – 2-е изд., перераб. и доп. | Юрайт, 2013 | ||
| 3. Электронные образовательные ресурсы | |||||
| 3.1 | http://znanium.com | ||||
| 3.2 | http://e.lanbook.com/ | ||||
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
Автотрофы – организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ – СО 2 и воды посредством фотосинтеза и хемосинтеза.
Адаптация – 1) – совокупность особенностей биологического вида, обеспечивающая возможность специфического образа жизни особей в определенных условиях; 2) – приспособление организма к новым условиям внешней среды; 3) – эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды, выражающееся в изменении их внешних и внутренних особенностей; 4) – любое приспособление органа, функции или организма к изменяющимся условиям среды; 5) – совокупность реакций живой системы, поддерживающих ее функциональную устойчивость при изменении условий окружающей среды.
Акклиматизация – 1) – комплекс мероприятий по вселению вида в новые места обитания, проводимый в целях обогащения естественных или искусственных сообществ полезными для человека организмами; 2) – приспособление вида к новым условиям существования, в которые он попал с искусственным его переселением; 3) – процесс адаптации к существованию в новых условиях, заключающийся в образовании генетически специфичной популяции перемещенного вида в недрах местного биоценоза и преобразовании в результате этого структуры биологического сообщества.
Аллелопатия – взаимное влияние растений друг на друга через среду путем выделения в нее продуктов обмена.
Аменсализм – форма взаимодействия между популяциями, при которой одна из них подавляет другую без извлечения пользы для себя и без обратного отрицательного воздействия со стороны подавляемой.
Ареал – поверхность суши или моря, в пределах которой распространен тот или иной вид растений или животных.
Аутэкология (от англ. аут – вне) – раздел экологии, рассматривающий взаимоотношение отдельного организма (вида) с окружающей средой.
Биогенные вещества (биогены ) – 1) вещества, в том числе химические элементы, необходимые для существования живых организмов; 2) вещества, синтезируемые организмом в ходе жизнедеятельности; 3) вещества, возникшие в результате разложения остатков организмов, но не полностью минерализованные; 4) вещества, наиболее активно участвующие в жизнедеятельности водных организмов (ГОСТ 17 403-72). К ним относятся минеральные соединения азота, фосфора, кремния, железа и соединения некоторых микроэлементов.
Биогеохимические циклы – биогеохимический круговорот веществ, обмен веществом и энергией между различными компонентами биосферы, обусловленный жизнедеятельностью организмов и носящий циклический характер. Все биогеохимические циклы взаимосвязаны и составляют динамическую основу существования жизни. Потоки энергии Солнца и деятельность живого вещества служат движущими силами биогеохимических циклов, что приводит к перемещению химических элементов.
Биогеохимические круговороты – переход питательных элементов от неживой природы (из запасов атмосферы, гидросферы и земной коры) к живым организмам и обратно в неживую среду. Эти круговороты обусловлены прямым или косвенным воздействием солнечной энергии и включают круговороты С, N, P, S, H 2 O и всех иных элементов.
Биогеоценоз – эволюционно сложившаяся, относительно пространственно ограниченная, природная система функционально взаимосвязанных живых организмов и окружающей их абиотической среды, характеризующаяся определённым энергетическим состоянием, типом и скоростью обмена веществом и информацией; элементарная экосистема и геосистема.
Биологические ритмы – периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений.
Биологическое разнообразие – разнообразие живых организмов, а также экосистем и экологических процессов, звеньями которых они являются. Может быть разделено на три категории: генетическое разнообразие, разнообразие видов и разнообразие экосистем.
Биом – (от греч. bios – жизнь и лат. оma – окончание, совокупность) – совокупность различных групп организмов и среды их обитания в определенной ландшафтно-географической зоне, например, в тундре, хвойных лесах, аридной зоне. Например, биом влажных тропических лесов.
Биомасса – суммарная масса особей вида, группы видов или сообщества организмов, выражаемая обычно в единицах массы сухого или сырого вещества, отнесенных к единицам площади или объема любого местообитания (кг/га, г/м 3 , кг/м 3 и др.)
Биоразнообразие – это разнообразие живых организмов во всех областях их существования: наземных, морских и других водных экосистем и сообществ организмов; это разнообразие видов, разнообразие внутри видов, разнообразие сообществ, организмов и экосистем.
Биосфера (от гр. биос – жизнь + сфаире – шар) – оболочка Земли, состав, энергетика и организация которой обуславливаются взаимодействием ее биотического и абиотического компонентов. Биосфера включает организмы (около 3 млн видов), их остатки, зоны атмосферы, гидросферы и литосферы, населенные и видоизмененные этими организмами.
Биота (греч. biote – жизнь) – исторически сложившаяся совокупность живых организмов, объединенных общей областью распространения, обитающих на какой-то крупной территории, изолированной любыми (напр., биогеографическими) барьерами. В отличие от биоценоза в состав биоты входят виды, которые могут и не иметь экологических связей друг с другом.
Биотоп (от гр. биос – жизнь + топос – место) 1) – участок среды обитания биоценоза, характеризующийся относительно однородными условиями; 2) – синоним «местообитания вида».
Биоценоз (от гр. биос – жизнь + коинос – общий) – 1) – системная совокупность живого, характеризующаяся определенным балансом между живыми экологическими компонентами (продуцентами, консументами и редуцентами); 2) – любое сообщество взаимосвязанных организмов, живущих на каком-либо участке суши или водоема (биотоп).
Бонитет (от лат. бонитас – доброкачественность) – условный показатель (балл), применяемый для оценки природных ресурсов и сравнительной характеристики земельных угодий, почв, леса, животного мира, природного территориального комплекса и т.п.
Валентность экологическая – степень выносливости, или характеристика способности живых организмов существовать в разнообразных условиях среды.
Вид – это совокупность всех особей, обладающих одинаковыми наследственными морфологическими и физиологическими признаками, способных скрещиваться между собой и давать нормальное плодовитое потомство, имеющих одинаковый геном, одинаковое происхождение, занимающих определенный ареал и способных к условиям существования в нем.
Гетеротрофы (питающиеся другими) – организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. В отличие от автотрофов-продуцентов гетеротрофы выступают как потребители и деструкторы (разрушители) органических веществ.
Гомеостаз (от гр. хомоиос – подобный + стасис – состояние) 1) – способность организма или системы организмов поддерживать устойчивое (динамическое) равновесие в изменяющихся условиях среды; 2) – состояние внутреннего динамического равновесия природной системы, поддерживаемое регулярным возобновлением ее основных структур, вещественно-энергетического состава и постоянно необходимое для всех природных систем – от космических до организма и атома; 3) – совокупность сложных приспособительных реакций организма животного и человека, направленных на устранение или максимальное ограничение действия различных факторов внешней или внутренней среды, нарушающих относительное динамическое постоянство внутренней среды организма (например, постоянство температуры тела, кровяного давления, содержания глюкозы в крови и др.).
Демэкология (от греч. демос – народ и экология) – популяционная экология, наука о популяциях и их взаимоотношениях со средой.
Детрит (от лат. detritus – истертый) – мелкие органические частицы (остатки разложившихся животных, растений и грибов вместе с содержащимися в них бактериями), осевшие на дно водоема или взвешенные в толще воды.
Детритофаги (от лат. detritus – истертый и греч. phagos – пожирающий) – водные и сухопутные животные, питающиеся детритом вместе с содержащимися в нем микроорганизмами.
Детритофаги – организмы, питающиеся мертвым органическим веществом.
Доминант – вид, количественно преобладающий в данном сообществе, как правило, в сравнении с близкими формами или во всяком случаи входящими в один уровень экологической пирамиды или ярус растительности.
Живое вещество – совокупность всех живых организмов, численно выраженное в элементарном химическом составе, весе, энергии; связанных с окружающей средой биогенным током атомов, дыханием, питанием и размножением.
Загрязнение – привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, биологических факторов, приводящих к превышению в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня концентраций перечисленных агентов в среде, и, как следствие, к негативным воздействиям на людей и окружающую среду. В наиболее общем виде загрязнение – всё то, что не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит её системы из состояния равновесия, отличается от обычно наблюдаемой нормы и/или желательного для человека.
Заказник – участок, в пределах которого (постоянно или временно) запрещены отдельные виды и формы хозяйственной деятельности для обеспечения охраны одного или многих видов живых существ, биогеоценозов, одного или нескольких экологических компонентов или общего характера охраняемой местности.
Заповедник – особо охраняемая законом территория или акватория, нацело исключённая из любой хозяйственной деятельности (в том числе посещения людьми) ради сохранения в нетронутом виде природных комплексов (эталонов природы), охраны видов живого и слежения за природными процессами.
Заповедник биосферный – репрезентативная ландшафтная единица, выделяемая в соответствии с программой ЮНЕСКО «Человек и биосфера» с целью её сохранения, исследования (и/или мониторинга). Может включать абсолютно не тронутые хозяйственной деятельностью или мало изменённые экосистемы, нередко окружённые эксплуатируемыми землями. Как исключение допускается выделения территорий древнего освоения. Особо подчеркивается репрезентативность (представительность, характерность, а не уникальность) этих территорий.
Зоофаг – организм, питающийся животными, плотоядный вид.
Интродукция – преднамеренный или случайный перенос особей какого-либо вида живого за пределы ареала.
Канцероген – вещество или физический агент, способствующие развитию злокачественных новообразований или их возникновению.
Качество окружающей среды – состояние окружающей среды, которое характеризуется физическими, химическими, биологическими и иными показателями и (или) их совокупностью.
Климакс – «заключительная» фаза биогеоценотической сукцессии, или «финальная» сукцессионная стадия развития биогеоценозов для данных условий существования (в том числе антропогенных, напр., «пожарный климакс»).
Комменсализм (от лат. комменсал – сотрапезник) – форма взаимодействия между видами, когда один питается за счет другого, не нанося ему никакого вреда.
Конкуренция (от лат. конкуррере – соперничество) – любое антагонистическое отношение, связанное с борьбой за существование, за доминирование, за пищу, пространство и другие ресурсы между организмами (видами), нуждающимися в одних и тех же ресурсах.
Консорция – совокупность разнородных организмов, тесно связанных между собой и зависящих от центрального члена, ядра сообщества (индивидуальная консорция: ядро – одна особь; популяционная консорция: ядро – популяция или вид в целом; синузиальная консорция: ядро – виды, составляющие одну экобиоморфу, напр., мезофильные тёмнохвойные деревья). В роли центрального члена К. обычно выступает вид-эдификатор.
Консумент первичный (первого порядка) – организм, питающийся растительной пищей.
Консумент вторичный (второго порядка) – организм, питающийся животной пищей.
Красная книга – список редких и находящихся под угрозой исчезновения организмов; аннотированный перечень видов и подвидов с указанием современного и прошлого распространения, численности и причин ее сокращения, особенностей воспроизводства, уже принятых и необходимых мер охраны видов.
Кривая выживания – график, показывающий число особей вида, выживших к определённому промежутку времени. Строится отложением на абсцисс времени в годах или в процентах средней (отклонение регистрируемого возраста от средней продолжительности жизни) либо абсолютной продолжительности жизни, а по оси ординат – числа выживших особей на 1 тыс. рождённых.
Кризис экологический – 1) – напряженное состояние взаимоотношений между человечеством и природой, характеризующееся несоответствием развития производительных сил и производственных отношений в человеческом обществе ресурсно-экологическим возможностям биосферы; 2) – фазы развития биосферы, на которых происходит качественное обновление живого вещества (вымирание одних видов и возникновение других).
Ксенобиотик (от греч. xenos – чужой) – любое чужеродное для данного организма или их сообщества вещество (пестициды, препараты бытовой химии и др. загрязнители), могущее вызвать нарушение биотических процессов, в том числе заболевание и гибель живых организмов.
Лимитирующий фактор – экологический фактор, наиболее отклоняющийся от оптимального значения и ограничивающий жизнедеятельность организма, популяции или экосистемы.
Местообитание – участок суши или водоема, занятый частью популяции особей одного вида и обладающий всеми необходимыми для их существования условиями (климат, рельеф, почва, пища и др.).
Местообитание вида – совокупность отвечающих его экологическим требованиям участков в пределах видового ареала.
Метаболизм – (от греч. metabole) – совокупность биохимических реакций и превращений веществ и энергии в клетках живых организмов, сопровождающихся обменом веществ между организмом и средой.
Мониторинг (от лат. монитор – предупреждающий, напоминающий, надзирающий) – система контроля, включающая наблюдение, оценку и прогноз состояния какого-либо объекта или явления.
Морфометрические параметры (морфопараметры) – измеряемые параметры (например, высота растений, см; длина листа, см; количество цветков, шт. и др.).
Мутуализм – 1) форма симбиоза, при которой каждый из сожителей получает относительно равную пользу; 2) форма совместного существования организмов, при которой партнеры или один из них не могут (не может) существовать друг без друга (без сожителя). Например, термиты и некоторые микроорганизмы их кишечника, превращающие целлюлозу древесины в усвояемые вещества; в желудке и кишечнике человека обитает 400–500 видов микроорганизмов, без многих из которых человек обойтись не может.
Нейтрализм (от лат. неутралис – ни тот, ни другой) – сожительство двух популяций живых организмов, когда ни одна из них не испытывает влияния другой.
Ниша экологическая – место вида в природе, включающее не только положение вида в пространстве, но функциональную роль его в сообществе (напр., трофический статус) и его положение относительно абиотических условий существования (температура, влажности и т. п.). Если местообитание – это как бы «адрес» организма, то ниша экологическая – это его «профессия».
Ноосфера (от греч. nöos – разум и spbaire – шар) – букв. «мыслящая оболочка», сфера разума, высшая стадия эволюции биосферы, связанная с возникновением и развитием в ней человечества. Становление ноосферы предполагает, что человеческая деятельность в различных сферах основывается на всестороннем научном познании природной и социальной деятельности, что будет достигнуто политическое единство человечества, исключены войны из жизни общества, а основу культур всех народов, населяющих Землю, будут составлять экогуманистические ценности и идеалы.
Онтогенез – индивидуальное развитие особи от рождения до смерти.
Особо охраняемые природные территории (ООПТ) – участки земли, водной поверхности и воздушного пространства над ними, где располагаются природные комплексы и объекты, которые имеют особое природоохранное, научное, культурное, эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение, которые изъяты решениями органов государственной власти полностью или частично из хозяйственного использования и для которых установлен особый режим охраны.
Охрана окружающей среды – деятельность органов государственной власти Российской Федерации, органов государственной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления, общественных объединений и некоммерческих организаций, юридических и физических лиц, направленная на сохранение и восстановление природной среды, рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов, предотвращение негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду и ликвидацию ее последствии.
Памятник природы – объекты природы нередко связанные с какими-то историческими событиями или лицами, выделяемые как природные охраняемые территории небольшого размера (геологического обнажение, очень старое дерево, экзотическая группа многолетних растений, необычный родник) с их непосредственным окружением. Памятниками природы объявляются уникальные или типичные, ценные в научном, культурно-познавательном и оздоровительном отношении природные объекты, представляющие собой небольшие урочища (реки, озёра, участки долин и побережий, достопримечательные горы) и отдельные объекты (редкие и опорные геологические обнажения, эталонные участки месторождений полезных ископаемых, водопады, пещеры), а также природные объекты искусственного происхождения (старинные аллеи и парки, участки заброшенных каналов, пруды), не признанные памятниками истории и культуры или не входящие в состав единых природно-исторических памятников. Охране подлежат также метеориты, найденные на территории РФ.
Парк национальный – обширная территория, включающая особо охраняемые природные (не подвергшие воздействию со стороны человека) ландшафты или их части, предназначенная помимо главной задачи сохранения природных комплексов в неприкосновенности преимущественно для рекреационных целей. Имеет особое административное управление, осуществляющее землепользование на всей территории парка или его заповедной зоне. Территория парк национальный зонируется.
Парцелла – структурная часть фитоценоза (биогеоценоза), обнимающая всю его толщу и выделяемая по плотности населения отдельных видов растений (в основном доминантов) и особенностям микросреды обитания.
Пирамида биомасс – соотношение между продуцентами, консументами (первого и второго порядка) и редуцентами в экосистеме, выраженной в их массе (числе – пирамида числа Элтона, заключённой энергии – пирамида энергий) и изображенное в виде графической модели (такие модели называются экологическими пирамидами).
Пищевая цепь (трофическая, цепь питания) – ряд видов или их групп, каждое предыдущее звено в котором служит пищей следующему.
Популяция локальная – совокупность особей одного вида, для которых не обязательно свободное скрещивание.
Продуктивность биологическая (от лат. producere – производить создавать) – скорость накопления биомассы, т. е. производимая популяцией или сообществом биомасса на единице площади за единицу времени; полная или валовая первичная продуктивность должна включать также энергию и
Для живого характерен ряд свойств, которые в совокупности «делают» живое живым. Такими свойствами являются самовоспроизведение, специфичность организации, упорядоченность структуры, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой.
Самовоспроизведение (репродукция ). Это свойство является важнейшим среди всех остальных. Замечательной особенностью является то, что самовоспроизведение тех или иных организмов повторяется в неисчислимых количествах генераций, причем генетическая информация о самовоспроизведении закодирована в молекулах ДНК. Положение «все живое происходит только от живого» означает, что жизнь возникла лишь однажды и что с тех пор начало живому дает только живое. На молекулярном уровне самовоспроизведение происходит на основе матричного синтеза ДНК, которая программирует синтез белков, определяющих специфику организмов. На других уровнях оно характеризуется чрезвычайным разнообразием форм и механизмов, вплоть до образования специализированных половых клеток (мужских и женских). Важнейшее значение самовоспроизведения заключается в том, что оно поддерживает существование видов, определяет специфику биологической формы движения материи.
Специфичность организации . Она характерна для любых организмов, в результате чего они имеют определенную форму и размеры. Единицей организации (структуры и функции) является клетка. В свою очередь клетки специфически организованы в ткани, последние - в органы, а органы - в системы органов. Организмы не «разбросаны» случайно в пространстве. Они специфически организованы в популяции, а популяции специфически организованы в биоценозы. Последние вместе с абиотическими факторами формируют биогеоценозы (экологические системы), являющиеся элементарными единицами биосферы.
Упорядоченность структуры . Для живого характерна не только сложность химических соединений, из которого оно построено, но и упорядоченность их на молекулярном уровне, приводящая к образованию молекулярных и надмолекулярных структур. Создание порядка из беспорядочного движения молекул - это важнейшее свойство живого, проявляющееся на молекулярном уровне. Упорядоченность в пространстве сопровождается упорядоченностью во времени. В отличие от неживых объектов упорядоченность структуры живого происходит за счет внешней среды. При этом в среде уровень упорядоченности снижается.
Целостность (непрерывность) и дискретность (прерывность). Жизнь целостна и в то же время дискретна как в плане структуры, так и функции. Например, субстрат жизни целостен, т. к. представлен нуклеопротеидами, но в то же время дискретен, т. к. состоит из нуклеиновой кислоты и белка. Нуклеиновые кислоты и белки являются целостными соединениями, однако тоже дискретны, состоя из нуклеотидов и аминокислот (соответственно). Репликация молекул ДНК является непрерывным процессом, однако она дискретна в пространстве и во времени, т. к. в ней принимают участие различные генетические структуры и ферменты. Процесс передачи наследственной информации тоже является непрерывным, но он дискретен, т. к. состоит из транскрипции и трансляции, которые из-за ряда различий между собой определяют прерывность реализации наследственной информации в пространстве и во времени. Митоз клеток также непрерывен и одновременно прерывен. Любой организм представляет собой целостную систему, но состоит из дискретных единиц - клеток, тканей, органов, систем органов. Органический мир также целостен, поскольку существование одних организмов зависит от других, но в то же время он дискретен, состоя из отдельных организмов.
Рост и развитие. Рост организмов происходит путем прироста массы организма за счет увеличения размеров и числа клеток. Он сопровождается развитием, проявляющимся в дифференцировке клеток, усложнении структуры и функций. В процессе онтогенеза формируются признаки в результате взаимодействия генотипа и среды. Филогенез сопровождается появлением гигантского разнообразия организмов, органической целесообразностью. Процессы роста и развития подвержены генетическому контролю и нейрогуморальной регуляции.
Обмен веществ и энергии . Благодаря этому свойству обеспечивается постоянство внутренней среды организмов и связь организмов с окружающей средой, что является условием для поддержания жизни организмов. Живые клетки получают (поглощают) энергию из внешней среды в форме энергии света. В дальнейшем химическая энергия преобразуется в клетках для выполнения многих работ. В частности, для осуществления химической работы в процессе синтеза структурных компонентов клетки, осмотической работы, обеспечивающей транспорт разных веществ в клетки и вывод из них ненужных веществ, и механической работы, обеспечивающей сокращение мышц и передвижение организмов. У неживых объектов, например, в машинах химическая энергия превращается в механическую только в случае двигателей внутреннего сгорания.
Таким образом, клетка является изотермической системой. Между ассимиляцией (анаболизмом) и диссимиляцией (катаболизмом) существует диалектическое единство, проявляющееся в их непрерывности и взаимности. Например, непрерывно проходящие в клетке превращения углеводов, жиров и белков являются взаимными. Потенциальная энергия поглощаемых клетками углеводов, жиров и белков превращается в кинетическую энергию и тепло по мере превращения этих соединений. Замечательной особенностью клеток является то, что они содержат ферменты. Будучи катализаторами, они ускоряют протекание реакций, синтеза и распада в миллионы раз, при этом в отличие от органических реакций осуществляемых с использованием искусственных катализаторов (в лабораторных условиях), ферментативные реакции в клетках осуществляются без образования побочных продуктов.
В живых клетках энергия, полученная из внешней среды, накапливается в виде АТФ (аденозинмонофосфата). Теряя концевую фосфатную группу, что имеет место при передаче энергии другим молекулам, АТФ превращается в АДФ (аденозиндифосфат). В свою очередь получая фосфатную группу (за счет фотосинтеза или химической энергии), АДФ может снова превратиться в АТФ, т. е. стать главным носителем химической энергии. Такие особенности у неживых систем отсутствуют.
Обмен веществ и энергии в клетках ведет к восстановлению (замене) разрушенных структур, к росту и развитию организмов.
Наследственность и изменчивость . Наследственность обеспечивает материальную преемственность между родителями и потомством, между поколениями организмов, что в свою очередь обеспечивает непрерывность и устойчивость жизни. Основу материальной преемственности в поколениях и непрерывности жизни составляет передача от родителей к потомству генов, в ДНК которых зашифрована генетическая информация о структуре и свойствах белков. Характерной особенностью генетической информации является ее чрезвычайная стабильность.
Изменчивость связана с появлением у организмов признаков, отличных от исходных, и определяется изменениями в генетических структурах. Наследственность и изменчивость создают материал для эволюции организмов.
Раздражимость. Реакция живого на внешние раздражения является проявлением отражения, характерного для живой материи. Факторы, вызывающие реакцию организма или его органа, называют раздражителями. Ими являются свет, температура среды, звук, электрический ток, механические воздействия, пищевые вещества, газы, яды и др.
У организмов, лишенных нервной системы (простейшие и растения), раздражимость проявляется в виде тропизмов, таксисов и настий. У организмов, имеющих нервную систему, раздражимость проявляется в виде рефлекторной деятельности. У животных восприятие внешнего мира осуществляется через первую сигнальную систему, тогда как у человека в процессе исторического развития сформировалась еще и вторая сигнальная система. Благодаря раздражимости организмы уравновешиваются со средой. Избирательно реагируя на факторы среды, организмы «уточняют» свои отношения со средой, в результате чего возникает единство среды и организма.
Движение . Способностью к движению обладают все живые существа. Многие одноклеточные организмы двигаются с помощью особых органоидов. К движению способны и клетки многоклеточных организмов (лейкоциты, блуждающие соединительнотканные клетки и др.), а также некоторые клеточные органеллы. Совершенство двигательной реакции достигается в мышечном движении многоклеточных животных организмов, которое заключается в сокращении мышц.
Внутренняя регуляция. Процессы, протекающие в клетках, подвержены регуляции. На молекулярном уровне регуляторные механизмы существуют в виде обратных химических реакций, основу которых составляют реакции с участием ферментов, обеспечивающие замкнутость процессов регуляции по схеме синтез - распад - ресинтез. Синтез белков, включая ферменты, регулируется с помощью механизмов репрессии, индукции и позитивного контроля. Напротив, регуляция активности самих ферментов происходит по принципу обратной связи, заключающейся в ингибировании конечным продуктом. Известно также регулирование путем химической модификации ферментов. В регуляции активности клеток принимают участие гормоны, обеспечивающие химическую регуляцию.
Любое повреждение молекул ДНК, вызванное физическими или химическими факторами воздействия, может быть восстановлено с помощью одного или нескольких ферментативных механизмов, что представляет собой саморегуляцию. Она обеспечивается за счет действия контролирующих генов и в свою очередь обеспечивает стабильность генетического материала и закодированной в нем генетической информации.
Специфичность взаимоотношений со средой. Организмы живут в условиях определенной среды, которая для них служит источником свободной энергии и строительного материала. В рамках термодинамических понятий каждая живая система (организм) представляет собой «открытую» систему, позволяющую взаимно обмениваться энергией и веществом в среде, в которой существуют другие организмы и действуют абиотические факторы. Следовательно, организмы взаимодействуют не только между собой, но и со средой, из которой они получают все необходимое для жизни. Организмы либо отыскивают среду, либо адаптируются (приспосабливаются) к ней. Формами адаптивных реакций являются физиологический гомеостаз (способность организмов противостоять факторам среды) и гомеостаз развития (способность организмов изменять отдельные реакции при сохранении всех других свойств). Адаптивные реакции определяются нормой реакции, которая генетически детерминирована и имеет свои границы. Между организмами и средой, между живой и неживой природой существует единство, заключающееся в том, что организмы зависят от среды, а среда изменяется в результате жизнедеятельности организмов. Результатом жизнедеятельности организмов является возникновение атмосферы со свободным кислородом и почвенного покрова Земли, образование каменного угля, торфа, нефти и т. д.
Обобщая сведения о свойствах живого, можно заключить, что клетки представляют собой открытые изотермические системы, которые способны к самосборке, внутренней регуляции и к самовоспроизведению. В этих системах осуществляется множество реакций синтеза и распада, катализируемых ферментами, синтезируемыми внутри самих клеток.
Свойства, перечисленные выше, присущи только живому. Некоторые из этих свойств обнаруживаются и при исследовании тел неживой природы, однако у последних они характеризуются совершенно другими особенностями. Например, кристаллы в насыщенном растворе соли могут «расти». Однако этот рост не имеет тех качественных и количественных характеристик, которые присущи росту живого. Между свойствами, характеризующими живое, существует диалектическое единство, проявляющееся во времени и пространстве на протяжении всего органического мира, на всех уровнях организации живого.
Лекция № 2 Общая характеристика живого
1 Отличительные признаки живой материи
1.1 Питание. Пища нужна всем живым организмам, так как она служит источником энергии и других веществ, необходимых для жизнедеятельности. Растения и животные различаются главным образом по тому, как они добывают пищу.
Почти все растения способны к фотосинтезу, т.е. они сами образуют необходимые вещества, используя энергию света. Фотосинтез – одна из форм автотрофного питания:
6СО + 6НО СНО + 6О
хлорофилл
Животные и большинство микроорганизмов питаются по другому: они используют готовое органическое вещество, т.е. вещество других организмов. Это вещество они расщепляют с помощью ферментов и образуют вещества своего тела. Такое питание называется гетеротрофным.
1.2 Дыхание. Это процесс окисления органических веществ с выделением энергии (АТФ обнаружен во всех живых клетках).
СНО + 6О 6СО + 6НО + Q (кДж)
Энергия нужна для всех процессов жизнедеятельности, поэтому основная масса питательных веществ используется как источник энергии. В процессе дыхания энергия высвобождается при расщеплении некоторых высокоэнергетических соединений.
Благодаря этим двум процессам – питанию и дыханию - организм поддерживает свою целостность, т.е. упорядоченность всех процессов, протекающих в этом организме.
1.3 Раздражимость. Все живые существа способны реагировать на изменение внешней и внутренней среды. Например, на холоде кровеносные сосуды сужаются (гусиная кожа), а при высокой температуре расширяются, в результате в атмосферу выделяется избыточное тепло. Растения тянутся к свету (фотосинтез), животные тоже реагируют на опасность – еж, черепаха.
Раздражимость – это универсальное свойство живого. Оно выработалось в процессе эволюции и помогает живому организму выжить в изменившихся условиях внешней среды.
1.4 Подвижность. Животные отличаются от растений способностью перемещаться в пространстве из одного места в другое, т.е. они могут двигаться. Животным надо двигаться, чтобы добывать себе пищу.
Для растений подвижность не обязательна, т.к. они сами способны синтезировать питательные вещества. Но у растений имеет место движение внутри клеток и движение целых органов (листья комнатных растений, подсолнух). Но скорость этого движения значительно меньше, чем у животных.
В связи с этим академик Вернадский выделил два вида движения:
1 активное движение – перемещение на значительные расстояния;
2 пассивное движение – движение внутри тела.
1.5 Выделение. Выделение или экскреция – выведение из организма конечных продуктов обмена веществ. Животные потребляют много белковых веществ, поэтому шлаки, образованные из белков, это азотистые соединения.
1.6 Размножение. Продолжительность жизни у каждого организма ограничена, но все живое в целом бессмертно. Выживание вида обеспечивается сохранением главных признаков родителей у потомства, возникшего путем бесполого или полового размножения.
Существуют определенные механизмы передачи наследственной информации из поколения в поколение, причем эти механизмы одинаковы для всех видов. В этом проявляется наследственность. Но потомки, будучи похожи на родителей, всегда чем-то отличаются от них. В этом состоит явление изменчивости, основные законы которой тоже являются общими для всех видов.
Закодирована наследственная информация в молекулах ДНК и РНК.
1.7 Рост. Объекты неживой природы, например, кристаллы или сталактиты, растут, присоединяя новое вещество к наружной поверхности.
Живые организмы растут изнутри за счет питательных веществ, которые поступают в организм в процессе питания. В результате ассимиляции этих веществ образуются новые вещества, новая живая протоплазма.
Эти семь главных признаков живого более или менее выражены у любого организма и служат единственным показателем того, жив он или мертв.
В отличие от живой материи неживое под действием внешних условий разрушается.
2 Свойства живых организмов
2.1 Обмен веществ. Все живые организмы обладают способностью извлекать, преобразовывать и использовать энергию окружающей среды либо в виде питательных веществ, либо в форме солнечного излучения. Во внешнюю среду они возвращают продукты распада и преобразованную энергию в виде тепла. То есть организмы способны к обмену веществом и энергией с окружающей средой.
Обмен веществ является одним из существенных критериев жизни. Это свойство отражено в определении жизни, которое сформулировал Ф.Энгельс более ста лет назад:
«Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».
В это определение вошли два важных положения:
А) жизнь тесно связана с белковыми веществами;
Б) непременным условием жизни является постоянный обмен веществ, с прекращением которого прекращается и жизнь.
Обмен веществ белкового тела имеет две стороны:
· Пластический обмен (анаболизм) – это совокупность реакций, обеспечивающих построение клетки и обновление ее состава.
· Энергетический обмен (катаболизм) – это совокупность реакций, обеспечивающих клетку энергией.
Анаболизм + катаболизм = обмен веществ (метаболизм)
Вещества, поступающие из окружающей среды в результате пластического обмена, превращаются в вещества данного организма, и из них строится тело организма. Таким образом, пластический обмен состоит из двух одновременно идущих процессов: непрерывного распада веществ – диссимиляции и непрерывного синтеза новых соединений, т.е. ассимиляции. Процессы диссимиляции и ассимиляции едины и не существуют отдельно друг от друга. В результате этих процессов живой организм все время меняется, но при этом сохраняет свою определенную структуру.
Для ассимиляции, т.е. образования нового сложного вещества, кроме «строительного материала» - разнообразных химических соединений, необходима также энергия. Эту энергию дают, в первую очередь, процессы распада, т.е. процессы диссимиляции. При этом происходит расщепление сложных органических соединений на более простые, которые окисляются до конечных продуктов, как правило, до углекислого газа и воды с выделением энергии. Все это происходит в процессе энергетического обмена – катаболизма.
Живому организму энергия требуется не только для создания новых веществ тела, но и для различных видов деятельности: работа мышц, желез, нервных клеток и др., высшим животным – для поддержания постоянной температуры тела.
Чем больше нагрузка на организм, и чем больше затрачивается энергии, тем большее количество питательных веществ должно поступать. Людям тяжелого физического труда, спортсменам при больших нагрузках необходимо усиленное питание. Несоответствие между поступающей энергией в виде питательных веществ и затрачиваемой организмом ведет к увеличению веса и заболеваниям.
Обмен веществ обеспечивает устойчивость и постоянство химического состава клетки и всего организма, а, следовательно, и их деятельность.
Динамические системы, в которых непрерывно протекают химические реакции за счет поступающих извне веществ и энергии, а продукты распада отводятся, называются открытыми системами .
Живой организм – это открытая система, т.к. он существует до тех пор, пока в него поступает пища, а также энергия из внешней среды, а некоторые продукты обмена выделяются.
Живые организмы обладают встроенной системой саморегуляции, которая поддерживает процессы жизнедеятельности и препятствует неупорядоченному распаду структур и выделению энергии. Это тесно связано с процессом обмена веществ.
Способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять динамическое постоянство состава и свойств называется гомеостазом
Гомеостаз – относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма.
Различают: а) физиологический гомеостаз – это генетически детерминированная способность организма сохранять свой статус в изменяющихся условиях внешней среды (у млекопитающих – способность сохранять постоянство осмотического давления в клетках и рН крови);
б) гомеостаз развития - это генетически детерминированнаяспособность организма так изменять отдельные реакции, что функции организма при этом в целом сохраняются. (У человека при удалении одной почки оставшаяся выполняет двойную нагрузку)
2.2 Способность к самовоспроизведению – это второе обязательное свойство живого.
Время жизни всех живых систем, от молекулярных структур (вирусы, прионы) до высокоорганизованных многоклеточных организмов, ограничено.
Самовоспроизведение осуществляется на всех уровнях организации живой материи – от макромолекул до организма. Благодаря этому свойству клеточные структуры, клетки и организмы сходны по строению со своими предшественниками.
В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, на основе информации, заложенной в нуклеиновой кислоте ДНК. Самовоспроизведение тесно связано с явлением наследственности: любое живое существо рождает себе подобных.
Материальной основой генетических программ являются нуклеиновые кислоты: ДНК РНК белок
Белок является функциональным исполнительным механизмом, который регулируется нуклеиновой кислотой. Этому соответствует одно из современных определений жизни, данное в 1965 г. советским ученым М.В.Волькенштейном: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот».
2.3 Изменчивость – это свойство, противоположное наследственности. Оно связано с приобретением организмами новых признаков и свойств. В основе изменчивости лежат мутации – нарушение процесса самовоспроизведения ДНК. Изменчивость создает материал для естественного отбора.
2.4 Свойством живых организмов является способность к историческому развитию и изменению от простого к сложному. Этот процесс называется эволюцией. В результате эволюции возникло все многообразие живых организмов, приспособленных к определенным условиям существования.
Некоторые исследователи к основным свойствам живых организмов относят также: а)единство химического состава (98% - С, N, О, Н);
б)сложность и высокую степень организации , т.е. усложненное внутреннее строение, но в настоящее время обнаружены живые организмы, образованные одной молекулой – прионы – белки.
2.5 Уровни организации живой материи
Для живой природы характерны разные уровни организации ее структур, между которыми существует сложное соподчинение.
Жизнь на каждом уровне изучается соответствующими отраслями биологии. Например, вирусы – вирусология, растения – ботаника и т.д.
В настоящее время выделяют следующие уровни организации живой материи.
· Самый нижний, наиболее древний уровень - молекулярный , или уровень молекулярных структур.
· Любая, даже самая сложная, живая система проявляется на уровне функционирования биологических молекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов и других органических веществ. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ, превращение энергии, передача наследственной информации. На этом уровне проходит граница между живым и неживым.
· Клеточный уровень. Клетка – это структурная и функциональная единица, а также единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это правило, так как они могут проявлять свои свойства живых систем только в клетках.
· Тканевый уровень характерен для многоклеточных организмов. Ткань представляет собой совокупность сходных по строению клеток, соединенных выполнением общих функций.
· Органный уровень. У большинства живых организмов орган – это структурно-функциональное объединение нескольких типов тканей. Например, кожа, как орган, включает эпителий и соединительную ткань, которые вместе выполняют целый ряд функций, среди которых наиболее значительная – защитная.
· Иногда 3 и 4 уровни объединяют в один – органно-тканевый, или уровень целостного организма.
· Организменный уровень. Многоклеточные организмы представляют собой целую систему органов, которые строго специализированы по выполняемым функциям. На организменном уровне изучаются процессы и явления, происходящие в особи – механизмы согласованной работы ее органов и систем, а также роль различных органов в жизнедеятельности организма, приспособительные изменения и поведение организмов в различных экологических условиях.
· Популяционно-видовой уровень. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию, как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие эволюционные преобразования.
· Вид – совокупность популяций особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенную нишу – ареал.
· Популяция (от латинского populus – народ, население) – это совокупность особей одного вида, длительно занимающая определенное пространство и воспроизводящая себя в течение большого числа поколений.
· Если продолжительность жизни любого живого организма определена генетически, и они неизбежно умирают, исчерпав запрограммированные возможности своего развития, то популяция способна при подходящих условиях среды развиваться сравнительно долго. В результате этого возможны эволюционные изменения.
· 7 Уровень биогеоценозов.
· Биогеоценоз – это совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами среды обитания. Т.е. это сообщество всех видов живых существ, населяющих ту или иную территорию или акваторию. На этом уровне действуют законы межвидовых отношений.
· На этом уровне изучаются взаимоотношения организма и среды, миграция живого вещества, пути и закономерности протекания энергетических кругооборотов и др.
· 8 Биосферный. Это самый высокий уровень организации живой материи на нашей планете. Биосфера представляет собой совокупность всего живого, населяющего Землю.
· Таким образом, живая природа представляет собой сложно организованную иерархическую систему. Законы, характерные для более высоких уровней организации живого мира, не исключают действия законов, присущих более низким уровням.
· Общая биология изучает законы, характерные для всех уровней организации жизни.
3 Биологическая терминология и единицы измерения
В биологии существует множество названий и терминов, с помощью которых обозначают различные виды и группы растений и животных, их морфологические структуры и функциональные механизмы, а также взаимоотношения между ними.
Для того чтобы обеспечить максимальную точность и иметь терминологию, понятную ученым всех стран, биологи обычно пользуются, где это возможно, латинскими словами, а при создании новых терминов используют латинские или греческие корни, придавая слову в целом латинизированную форму.
Пикограммах (1 пг = 10г).
Используют также дальтон – это единица молекулярной массы, равная массе атома водорода.
Биологическая система
–
целостная система компонентов, выполняющих определенную функцию в живых системах. К биологическим системам относятся сложные системы разного уровня организации:
Признаки биологических систем
–
критерии, отличающие биологические системы от объектов неживой природы:
1. Единство химического состава . В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы, но в виде сложных молекул.
2. Обмен веществ . Все живые организмы поглощают из среды элементы питания и выделяют продукты жизнедеятельности. В неживой природе также существует обмен веществами, однако при небиологическом круговороте они просто переносятся с одного места на другое или меняют свое агрегатное состояние: смывается почва, превращается вода в пар или лед. У живых организмов обмен веществ имеет качественно иной уровень. В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада (ассимиляция и диссимиляция), в результате которых сложные вещества распадаются на более простые и выделяется энергия, необходимая для реакций синтеза новых сложных веществ. Обмен веществ обеспечивает относительное постоянство химического состава всех частей организма (гомеостаз) и как следствие – постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.
3. Самовоспроизведение (репродукция, размножение) – свойство организмов воспроизводить себе подобных; осуществляется практически на всех уровнях жизни. Существование каждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени, поэтому поддержание жизни связано с самовоспроизведением. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, обусловленное информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте – ДНК, которая находится в родительских клетках.
4. Наследственность – способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение; обеспечивается стабильностью ДНК и точным воспроизведением ее химического строения. Материальными структурами наследственности, передаваемыми от родителей потомкам, являются гены, хромосомы, белки (прионы).
5. Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения материальных структур наследственности. Поставляет разнообразный материал для отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.
6. Рост и развитие . Развитие есть необратимое направленное закономерное изменение объектов природы, приводящее к возникновению нового качественного состояния объекта. Рост – преобладают количественные изменения.
7. Раздражимость – это специфические избирательные ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Всякое изменение окружающих организм условий представляет собой по отношению к нему раздражение, а его ответная реакция является проявлением раздражимости. Отвечая на воздействия факторов среды, организмы взаимодействуют с ней и приспосабливаются к ней, что помогает им выжить. Реакции организмов, не имеющих нервной системы, выражаются в изменении характера движения (таксисы ) или роста (тропизмы ).
Реакции многоклеточных животных на раздражители, осуществляемые и контролируемые центральной нервной системой называются рефлексы .
8. Дискретность . Любая биологическая система состоит из отдельных изолированных (обособленных или отграниченных в пространстве), тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Так, любая особь состоит из отдельных клеток с их особыми свойствами, а в клетках также дискретно представлены органоиды и другие внутриклеточные образования.
Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления системы путем замены износившихся структурных элементов без прекращения функционирования всей системы в целом.
10. Ритмичность – свойство, присущее как живой, так и неживой природе; проявляется в периодических изменениях интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов через определенные равные промежутки времени. Направлена на согласование функций организма с периодически меняющимися условиями жизни. Обусловлено различными космическими и планетарными причинами: вращением Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, фазами Луны и т.д.
11. Энергозависимость . Биологические системы динамичны, «открыты» для поступления энергии – не находятся в состоянии покоя, устойчивы лишь при условии периодического доступа к ним веществ и энергии извне. Живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают из окружающей среды энергия и вещества в виде пищи, и могут без энергии и пищи обходиться ограниченное время, то есть они энергонезависимы ограниченное время. В основном организмы используют энергию Солнца: одни непосредственно – это фотоавтотрофы (зеленые растения и цианобактерии), другие опосредованно, в виде органических веществ потребляемой пищи, – это гетеротрофы (животные, грибы и бактерии).
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
РЕФЕРАТ
на тему:
СТРОЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ
1. Основные критерии живого
2. Строение клетки
3. Особенности жизнедеятельности клетки
4. Типы обмена веществ у организмов
5. Раздражимость и движение организмов
6. Жизненный цикл клетки
7. Формы размножения организмов
Список использованной литературы
1. Основные критерии живого
Биология (от греческих слов bios - жизнь, logos - учение) - это наука, изучающая живые организмы и явления живой природы.
Предметом изучения биологии является многообразие живых организмов, населяющих Землю.
Свойства живой природы. Все живые организмы обладают рядом общих признаков и свойств, которые отличают их от тел неживой природы. Это особенности строения, обмен веществ, движение, рост, размножение, раздражимость, саморегуляция. Остановимся на каждом из перечисленных свойств живой материи.
Высокоупорядоченное строение. Живые организмы состоят из химических веществ, которые имеют более высокий уровень организации, чем вещества неживой природы. Все организмы имеют определенный план строения - клеточный или неклеточный (вирусы).
Обмен веществ и энергии - это совокупность процессов дыхания, питания, выделения, посредством которых организм получает из внешней среды необходимые ему вещества и энергию, преобразует и накапливает их в своем организме и выделяет в окружающую среду продукты жизнедеятельности.
Раздражимость - это ответная реакция организма на изменения окружающей среды, помогающая ему адаптироваться и выжить в изменяющихся условиях. При уколе иглой человек отдергивает руку, а гидра сжимается в комочек. Растения поворачиваются к свету, а амеба удаляется от кристаллика поваренной соли.
Рост и развитие. Живые организмы растут, увеличиваются в размерах, развиваются, изменяются благодаря поступлению питательных веществ.
Размножение - способность живого к самовоспроизведению. Размножение связано с явлением передачи наследственной информации и является самым характерным признаком живого. Жизнь любого организма ограничена, но в результате размножения живая материя «бессмертна».
Движение. Организмы способны к более или менее активному движению. Это один из ярких признаков живого. Движение происходит и внутри организма, и на уровне клетки.
Саморегуляция. Одним из самых характерных свойств живого является постоянство внутренней среды организма при изменяющихся внешних условиях. Регулируются температура тела, давление, насыщенность газами, концентрация веществ и т. д. Явление саморегуляции осуществляется не только на уровне всего организма, но и на уровне клетки. Кроме того, благодаря деятельности живых организмов саморегуляция присуща и биосфере в целом. Саморегуляция связана с такими свойствами живого, как наследственность и изменчивость.
Наследственность - это способность передавать признаки и свойства организма из поколения в поколение в процессе размножения.
Изменчивость - это способность организма изменять свои признаки при взаимодействии со средой.
В результате наследственности и изменчивости живые организмы приспосабливаются, адаптируются к внешним условиям, что позволяет им выжить и оставить потомство.
2. Строение клетки
Большинство живых организмов имеет клеточное строение. Клетка - это структурная и функциональная единица живого. Для нее характерны все признаки и функции живых организмов: обмен веществ и энергии, рост, размножение, саморегуляция. Клетки различны по форме, размеру, функциям, типу обмена веществ (рис. 1).
Размеры клеток варьируют от 3-10 до 100 мкм (1 мкм = 0,001 м). Реже встречаются клетки размером менее 1-3 мкм. Существуют также и клетки-гиганты, размеры которых достигают нескольких сантиметров. По форме клетки также весьма разнообразны: шаровидные, цилиндрические, овальные, веретеновидные, звездчатые и т. д. Однако между всеми клетками много общего. Они имеют одинаковый химический состав и общий план строения.
Рис. 1.Разнообразие клеток: 1 - эвглена зеленая; 2 - бактерия; 3 - растительная клетка мякоти листа; 4 - эпителиальная клетка; 5 - нервная клетка
Химический состав клетки. Из всех известных химических элементов в живых организмах встречаются около 20, причем на долю 4 из них: кислорода, углерода, водорода и азота - приходится до 95 %. Эти элементы называют элементами-биогенами. Из неорганических веществ, входящих в состав живых организмов, наибольшее значение имеет вода. Ее содержание в клетке колеблется от 60 до 98 %. Кроме воды в клетке находятся и минеральные вещества, в основном в виде ионов. Это соединения железа, иода, хлора, фосфора, кальция, натрия, калия и т. д.
Кроме неорганических веществ в клетке присутствуют и органические вещества: белки, липиды (жиры), углеводы (сахара), нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК). Они составляют основную массу клетки. Наиболее важными органическими веществами являются нуклеиновые кислоты и белки. Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) участвуют в передаче наследственной информации, синтезе белков, регуляции всех процессов жизнедеятельности клетки.
Белки выполняют целый ряд функций: строительную, регуляторную, транспортную, сократительную, защитную, энергетическую. Но самой важной является ферментативная функция белков.
Ферменты - это биологические катализаторы, ускоряющие и регулирующие все многообразие химических реакций, протекающих в живых организмах. Ни одна реакция в живой клетке не протекает без участия ферментов.
Липиды и углеводы выполняют в основном строительную и энергетическую функции, являются запасными питательными веществами организма.
Так, фосфолипиды вместе с белками строят все мембранные структуры клетки. Высокомолекулярный углевод - целлюлоза образует клеточную оболочку растений и грибов.
Жиры, крахмал и гликоген являются запасными питательными веществами клетки и организма в целом. Глюкоза, фруктоза, сахароза и другие сахара входят в состав корней и листьев, плодов растений. Глюкоза является обязательным компонентом плазмы крови человека и многих животных. При расщеплении углеводов и жиров в организме выделяется большое количество энергии, необходимой для процессов жизнедеятельности.
Клеточные структуры. Клетка состоит из наружной клеточной мембраны, цитоплазмы с органеллами и ядра (рис. 2).
Рис. 2.Комбинированная схема строения животной (А) и растительной (Б) клетки: 1- оболочка; 2 - наружная клеточная мембрана; 3 - ядро; 4 - хроматин; 5 - ядрышко; 6 - эндоплазматическая сеть (гладкая и гранулярная); 7 - митохондрии; 8 - хлоропласты; 9 - аппарат Гольджи; 10 - лизосома; 11 - клеточный центр; 12 - рибосомы; 13 - вакуоль; 14 - цитоплазма
Наружная клеточная мембрана - это одномембранная клеточная структура, которая ограничивает живое содержимое клетки всех организмов. Обладая избирательной проницаемостью, она защищает клетку, регулирует поступление веществ и обмен с внешней средой, поддерживает определенную форму клетки. Клетки растительных организмов, грибов, кроме мембраны снаружи имеют еще и оболочку. Эта неживая клеточная структура состоит из целлюлозы у растений и хитина - у грибов, придает прочность клетке, защищает ее, является «скелетом» растений и грибов.
В цитоплазме, полужидком содержимом клетки, находятся все органоиды.
Эндоплазматическая сеть пронизывает цитоплазму, обеспечивая сообщение между отдельными частями клетки и транспорт веществ. Различают гладкую и гранулярную ЭПС. На гранулярной ЭПС находятся рибосомы.
Рибосомы - это мелкие тельца грибовидной формы, на которых идет синтез белка в клетке.
Аппарат Гольджи обеспечивает упаковку и вынос синтезируемых веществ из клетки. Кроме того, из его структур образуются лизосомы. Эти шарообразные тельца содержат ферменты, которые расщепляют поступающие в клетку питательные вещества, обеспечивая внутриклеточное переваривание.
Митохондрии - это полуавтономные мембранные структуры продолговатой формы. Их число в клетках различно и увеличивается в результате деления. Митохондрии - это энергетические станции клетки. В процессе дыхания в них происходит окончательное окисление веществ кислородом воздуха. При этом выделяющаяся энергия запасается в молекулах АТФ, синтез которых происходит в этих структурах.
Хлоропласты, полуавтономные мембранные органеллы, характерны только для растительных клеток. Хлоропласты имеют зеленую окраску за счет пигмента хлорофилла, они обеспечивают процесс фотосинтеза.
Кроме хлоропластов растительные клетки имеют и вакуоли, заполненные клеточным соком.
Клеточный центр участвует в процессе деления клетки. Он состоит из двух центриолей и центросферы. Во время деления они образуют нити веретена деления и обеспечивают равномерное распределение хромосом в клетке.
Ядро - это центр регуляции жизнедеятельности клетки. Ядро отделено от цитоплазмы ядерной мембраной, в которой имеются поры. Внутри оно заполнено кариоплазмой, в которой находятся молекулы ДНК, обеспечивающие передачу наследственной информации. Здесь происходит синтез ДНК, РНК, рибосом. Часто в ядре можно увидеть одно или несколько темных округлых образований - это ядрышки. Здесь образуются и скапливаются рибосомы. В ядре молекулы ДНК не видны, так как находятся в виде тонких нитей хроматина. Перед делением ДНК спирализуются, утолщаются, образуют комплексы с белком и превращаются в хорошо заметные структуры - хромосомы (рис. 3). Обычно хромосомы в клетке парные, одинаковые по форме, величине и наследственной информации. Парные хромосомы называются гомологичными. Двойной парный набор хромосом называется диплоидным. В некоторых клетках и организмах содержится одинарный, непарный набор, который называется гаплоидным.
Рис. 3.А- строение хромосомы: 1- центромера; 2 - плечи хромосомы; 3 - молекулы ДНК; 4 - сестринские хроматиды; Б - виды хромосом: 1 - равноплечная; 2 - разноплечная; 3 - одноплечная
Число хромосом для каждого вида организмов постоянно. Так, в клетках человека 46 хромосом (23 пары), в клетках пшеницы 28 (14 пар), голубя 80 (40 пар). Эти организмы содержат диплоидный набор хромосом. Некоторые организмы, такие, как водоросли, мхи, грибы, имеют гаплоидный набор хромосом. Половые клетки у всех организмов гаплоидны.
Кроме перечисленных, некоторые клетки имеют специфические органоиды - реснички и жгутики, обеспечивающие движение в основном у одноклеточных организмов, но имеются они и у некоторых клеток многоклеточных организмов. Например, жгутики имеются у эвглены зеленой, хламидомонады, некоторых бактерий, а реснички - у инфузорий, клеток ресничного эпителия животных.
3. Особенности жизнедеятельности клетки
Обмен веществ и энергии в клетке. Основой жизнедеятельности клетки являются обмен веществ и превращение энергии. Совокупность химических превращений, протекающих в клетке или организме, связанных между собой и сопровождающихся превращением энергии, называется обменом веществ и энергии.
Синтез органических веществ, сопровождающийся поглощением энергии, называется ассимиляцией или пластическим обменом. Распад, расщепление органических веществ, сопровождающийся выделением энергии, называется диссимиляцией или энергетическим обменом.
Главным источником энергии на Земле является Солнце. Клетки растений специальными структурами в хлоропластах улавливают энергию Солнца, превращая ее в энергию химических связей молекул органических веществ и АТФ.
АТФ (аденозинтрифосфат) - это органическое вещество, универсальный аккумулятор энергии в биологических системах. Солнечная энергия превращается в энергию химических связей этого вещества и расходуется на синтез глюкозы, крахмала и других органических веществ.
Кислород атмосферы, как это ни покажется странным, - побочный продукт процесса жизнедеятельности растений - фотосинтеза.
Процесс синтеза органических веществ из неорганических под действием энергии Солнца называется фотосинтезом.
Обобщенное уравнение фотосинтеза можно представить в следующем виде:
6СО 2 + 6Н 2 О - свет > С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 .
В растениях органические вещества создаются в процессе первичного синтеза из углекислого газа, воды и минеральных солей. Животные, грибы, многие бактерии используют готовые органические вещества (из растений). Кроме того, при фотосинтезе образуется кислород, который необходим живым организмам для дыхания.
В процессе питания и дыхания органические вещества расщепляются и окисляются кислородом. Освобождающаяся энергия частично выделяется в виде тепла, а частично вновь запасается в синтезируемых молекулах АТФ. Этот процесс протекает в митохондриях. Конечные продукты распада органических веществ - вода, углекислый газ, соединения аммиака, которые вновь используются в процессе фотосинтеза. Запасенная в АТФ энергия расходуется на вторичный синтез органических веществ, характерных для каждого организма, на рост, размножение.
Итак, растения обеспечивают все организмы не только питательными веществами, но и кислородом. Кроме того, они преобразуют энергию Солнца и передают ее через органические вещества всем другим группам организмов.
4. Типы обмена веществ у организмов
Обмен веществ как основное свойство организмов. Организм находится в сложных взаимоотношениях с окружающей средой. Из нее он получает пищу, воду, кислород, свет, тепло. Создавая посредством этих веществ и энергии массу живого вещества, строит свое тело. Однако, используя эту среду, организм благодаря своей жизнедеятельности одновременно и воздействует на нее, изменяет ее. Следовательно, главным процессом взаимосвязи организма и среды является обмен веществ и энергией.
Типы обмена веществ. Факторы внешней среды имеют различное значение для разных организмов. Растениям для роста и развития необходимы свет, вода и углекислый газ, минеральные вещества. Животным и грибам такие условия недостаточны. Им необходимы питательные органические вещества. По способу питания, источнику получения органических веществ и энергии все организмы делятся на автотрофные и гетеротрофные.
Автотрофные организмы синтезируют органические вещества в процессе фотосинтеза из неорганических (углекислого газа, воды, минеральных солей), используя энергию солнечного света. К ним относятся все растительные организмы, фотосинтезирующие цианобактерии. К автотрофному питанию способны и хемосинтезирующие бактерии, использующие энергию, которая выделяется при окислении неорганических веществ: серы, железа, азота.
Процесс автотрофной ассимиляции осуществляется за счет энергии солнечного света или окисления неорганических веществ, а органические вещества синтезируются при этом из неорганических. В зависимости от поглощения неорганического вещества различают ассимиляцию углерода, ассимиляцию азота, ассимиляцию серы и других минеральных веществ. Автотрофная ассимиляция связана с процессами фотосинтеза и хемосинтеза и носит название первичного синтеза органического вещества.
Гетеротрофные организмы получают готовые органические вещества от автотрофов. Источником энергии для них является энергия, запасенная в органических веществах и выделяющаяся при химических реакциях распада и окисления этих веществ. К ним относятся животные, грибы, многие бактерии.
При гетеротрофной ассимиляции организм поглощает органические вещества в готовом виде и преобразует их в собственные органические вещества за счет энергии, содержащейся в поглощенных веществах. Гетеротрофная ассимиляция включает процессы потребления пищи, переваривания ее, усвоения и синтеза новых органических веществ. Этот процесс носит название вторичного синтеза органических веществ.
Процессы диссимиляции у организмов также различаются. Одним из них для жизнедеятельности необходим кислород - это аэробные организмы. Другим кислород не нужен, и процессы их жизнедеятельности могут протекать в бескислородной среде - это анаэробные организмы.
Различают внешнее дыхание и внутреннее. Газообмен между организмом и внешней средой, включающий в себя поглощение кислорода и выделение углекислого газа, а также транспорт этих веществ по организму к отдельным органам, тканям и клеткам, называется внешним дыханием. В этом процессе кислород не используется, а только транспортируется.
Внутреннее, или клеточное, дыхание включает в себя биохимические процессы, которые приводят к усвоению кислорода, освобождению энергии и образованию воды и углекислого газа. Эти процессы протекают в цитоплазме и митохондриях эукариотных клеток или на специальных мембранах прокариотных клеток.
Обобщенное уравнение процесса дыхания:
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 > 6CO 2 + 6H 2 O.
2.Другой формой диссимиляции является анаэробное, или бескислородное, окисление. Процессы энергетического обмена в этом случае протекают по типу брожения. Брожение - это форма диссимиляции, при которой богатые энергией органические вещества расщепляются с освобождением энергии до менее богатых энергией, но тоже органических веществ.
В зависимости от конечных продуктов различают типы брожения: спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и т. д. Спиртовое брожение встречается у дрожжевых грибов, некоторых бактерий, а также протекает в некоторых растительных тканях. Молочнокислое брожение встречается у молочнокислых бактерий, а также протекает в мышечной ткани человека и животных при недостатке кислорода.
Взаимосвязь реакций обмена веществ у автотрофных и гетеротрофных организмов. Через процессы обмена веществ автотрофные и гетеротрофные организмы в природе связаны между собой (рис. 4).
Самыми важными группами организмов являются автотрофы, которые способны синтезировать органические вещества из неорганических. Большинство автотрофов - зеленые растения, которые в процессе фотосинтеза превращают неорганический углерод - углекислый газ в сложные органические соединения. Зеленые растения выделяют при фотосинтезе также кислород, который необходим для дыхания живых существ.
Рис. 4.Поток вещества и энергии в биосфере
Гетеротрофы усваивают только готовые органические вещества, получая энергию при их расщеплении. Автотрофные и гетеротрофные организмы связаны между собой процессами обмена веществ и энергий. Фотосинтез является практически единственным процессом, обеспечивающим организмы питательными веществами и кислородом.
Несмотря на большие масштабы фотосинтеза, зеленые растения Земли используют всего 1 % солнечной энергии, падающей на листья. Одна из важнейших задач биологии - повышение коэффициента использования солнечной энергии культурными растениями, создание продуктивных сортов.
В последние годы особое внимание привлекает к себе одноклеточная водоросль хлорелла, которая содержит в своем теле до 6 % хлорофилла и обладает замечательной способностью усваивать до 20 % солнечной энергии. При искусственном разведении хлорелла быстро размножается, а в ее клетке повышается содержание белка. Этот белок используется в качестве пищевых добавок ко многим продуктам. Установлено, что с 1 га водной поверхности можно получать ежедневно до 700 кг сухого вещества хлореллы. Кроме того, в хлорелле синтезируется большое количество витаминов.
Еще один интерес к хлорелле связан с космическими полетами. Хлорелла в искусственных условиях может обеспечить кислородом, выделяемым при фотосинтезе, космический корабль.
5. Раздражимость и движение организмов
Понятие о раздражимости. Микроорганизмы, растения и животные реагируют на самые разнообразные воздействия окружающей среды: на механические воздействия (укол, давление, удар и т. д.), на изменение температуры, интенсивность и направление световых лучей, на звук, электрические раздражения, изменения в химическом составе воздуха, воды или почвы и т. д. Это приводит к определенным колебаниям организма между стабильным и нестабильным состоянием. Живые организмы способны в меру своего развития анализировать эти состояния и соответствующим образом реагировать на них. Подобные свойства всех организмов называются раздражимостью и возбудимостью.
Раздражимость - это способность организма реагировать на внешние или внутренние воздействия.
Раздражимость возникла у живых организмов как приспособление, обеспечивающее лучший обмен веществ и защиту от воздействий условий среды.
Возбудимость - это способность живых организмов воспринимать воздействия раздражителей и отвечать на них реакцией возбуждения.
Воздействие окружающей среды сказывается на состоянии клетки и ее органелл, тканей, органов и организма в целом. Организм отвечает на это соответствующими реакциями.
Простейшим проявлением раздражимости является движение. Оно характерно даже для самых простейших организмов. Это можно пронаблюдать в опыте над амебой под микроскопом. Если рядом с амебой поместить небольшие комочки пищи или кристаллики сахара, то она начинает активное движение в сторону питательного вещества. С помощью ложноножек амеба обволакивает комочек, вовлекая его внутрь клетки. Там сразу же образуется пищеварительная вакуоль, в которой пища переваривается.
С усложнением строения организма усложняются как обмен веществ, так и проявления раздражимости. У одноклеточных организмов и растений нет специальных органов, обеспечивающих восприятие и передачу раздражений, поступающих из окружающей среды. У многоклеточных животных имеются органы чувств и нервная система, благодаря которым они воспринимают раздражения, а ответы на них достигают большой точности и целесообразности.
Раздражимость у одноклеточных организмов. Таксисы
Наиболее простые формы раздражимости наблюдаются у микроорганизмов (бактерий, одноклеточных грибов, водорослей, простейших).
В примере с амебой мы наблюдали движение амебы в сторону раздражителя (пища). Такая двигательная реакция одноклеточных организмов в ответ на раздражение из внешней среды называется таксисом. Таксис вызван химическим раздражением, поэтому его называют еще хемотаксисом (рис. 5).
Рис. 5. Хемотаксис у инфузорий
Таксисы могут быть положительными и отрицательными. Поместим пробирку с культурой инфузорий-туфелек в закрытую картонную коробочку с единственным отверстием, расположенным против средней части пробирки, и выставим ее на свет.
Через несколько часов все инфузории сконцентрируются в освещенной части пробирки. Это положительный фототаксис.
Таксисы свойственны многоклеточным животным. Например, лейкоциты крови проявляют положительный хемотаксис по отношению к веществам, выделяемым бактериями, концентрируются в местах скопления этих бактерий, захватывают и переваривают их.
Раздражимость у многоклеточных растений. Тропизмы. Хотя у многоклеточных растений нет органов чувств и нервной системы, тем не менее у них отчетливо проявляются различные формы раздражимости. Они заключаются в изменении направления роста растения или его органов (корня, стебля, листьев). Такие проявления раздражимости у многоклеточных растений называются тропизмами.
Стебель с листьями проявляют положительный фототропизм и растут по направлению к свету, а корень - отрицательный фототропизм (рис. 6). Растения реагируют на гравитационное поле Земли. Обратите внимание на деревья, растущие по склону горы. Хотя поверхность почвы имеет наклон, деревья растут вертикально. Реакция растений на земное притяжение называется геотропизмом (рис. 7). Корешок, который появляется из прорастающего семени, всегда направлен вниз к земле - положительный геотропизм. Побег с листьями, развивающийся из семени, всегда направлен вверх от земли - отрицательный геотропизм.
Тропизмы очень разнообразны и играют большую роль в жизни растений. Они ярко выражены в направлении роста у различных вьющихся и лазающих растений, например винограда, хмеля.
Рис. 6. Фототропизм
Рис. 7.Геотропизм: 1 - цветочный горшок с пряморастущими проростками редиса; 2 - цветочный горшок, положенный набок и содержащийся в темноте для устранения фототропизма; 3 - проростки в цветочном горшке изогнулись в сторону, противоположную действию силы тяжести (стебли обладают отрицательным геотропизмом)
Помимо тропизмов, у растений наблюдаются движения иного типа - настии. Они отличаются от тропизмов отсутствием определенной ориентировки к вызвавшему их раздражителю. Например, если прикоснуться к листьям стыдливой мимозы, они быстро складываются в продольном направлении и опускаются книзу. Через некоторое время листья снова принимают прежнее положение (рис. 8).
Цветки многих растений реагируют на свет и влажность. Например, у тюльпана на свету цветки раскрываются, а в темноте закрываются. У одуванчика соцветие закрывается в пасмурную погоду и открывается в ясную.
Рис. 8 . Настии у стыдливой мимозы: 1 - в нормальном состоянии; 2 - при раздражении
Раздражимость у многоклеточных животных. Рефлексы
В связи с развитием у многоклеточных животных нервной системы, органов чувств и органов движения формы раздражимости усложняются и зависят от тесного взаимодействия этих органов.
В простейшем виде такое раздражение возникает уже у кишечнополостных. Если уколоть иглой пресноводную гидру, то она сожмется в комочек. Внешнее раздражение воспринимает чувствительная клетка. Возникшее в ней возбуждение передается нервной клетке. Нервная клетка передает возбуждение кожно-мышечной клетке, которая реагирует на раздражение сокращением. Этот процесс называется рефлексом (отражением).
Рефлекс - это ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая нервной системой.
Представление о рефлексе было высказано еще Декартом. Позднее оно было развито в трудах И.М. Сеченова, И.П. Павлова.
Путь, проходимый нервным возбуждением от воспринимающего раздражение органа до органа, выполняющего ответную реакцию, называется рефлекторной дугой.
У организмов с нервной системой существует два типа рефлексов: безусловные (врожденные) и условные (приобретенные). Условные рефлексы формируются на базе безусловных.
Любое раздражение вызывает изменение обмена веществ в клетках, что приводит к возникновению возбуждения и возникает ответная реакция.
6. Жизненный цикл клетки
Период жизнедеятельности клетки, в котором происходят все процессы обмена веществ, называется жизненным циклом клетки.
Клеточный цикл состоит из интерфазы и деления.
Интерфаза - это период между двумя делениями клетки. Она характеризуется активными процессами обмена веществ, синтезом белка, РНК, накоплением питательных веществ клеткой, ростом и увеличением объема. К концу интерфазы происходит удвоение ДНК (репликация). В результате каждая хромосома содержит две молекулы ДНК и состоит из двух сестринских хроматид. Клетка готова к делению.
Деление клетки. Способность к делению - это важнейшее свойство клеточной жизнедеятельности. Механизм самовоспроизведения срабатывает уже на клеточном уровне. Наиболее распространенным способом деления клетки является митоз (рис. 9).
Рис. 9 . Интерфаза (А) и фазы митоза (Б): 1 - профаза; 2 - метафаза; 3 - анафаза; 4 - телофаза
Митоз - это процесс образования двух дочерних клеток, идентичных исходной материнской клетке.
Митоз состоит из четырех последовательных фаз, обеспечивающих равномерное распределение генетической информации и органелл между двумя дочерними клетками.
1. В профазе ядерная мембрана исчезает, хромосомы максимально спирализуются, становятся хорошо заметными. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам и образуют веретено деления.
2. В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной зоне, нити веретена деления соединены с центромерами хромосом.
3. Анафаза характеризуется расхождением сестринских хроматид-хромосом к полюсам клетки. У каждого полюса оказывается столько же хромосом, сколько их было в исходной клетке.
4. В телофазе происходит деление цитоплазмы и органоидов, в центре клетки образуется перегородка из клеточной мембраны и возникают две новые дочерние клетки.
Весь процесс деления длится от нескольких минут до 3 ч в зависимости от типа клеток и организма. Стадия деления клетки по времени в несколько раз короче ее интерфазы. Биологический смысл митоза заключается в обеспечении постоянства числа хромосом и наследственной информации, полной идентичности исходных и вновь возникающих клеток.
7. Формы размножения организмов
В природе существует два типа размножения организмов: бесполое и половое.
Бесполое размножение - это образование нового организма из одной клетки или группы клеток исходного материнского организма. В этом случае в размножении участвует только одна родительская особь, которая передает свою наследственную информацию дочерним особям.
В основе бесполого размножения лежит митоз. Существует несколько форм бесполого размножения.
Простое деление, или деление надвое, характерно для одноклеточных организмов. Из одной клетки путем митоза образуются две дочерние клетки, каждая из которых становится новым организмом.
Почкование - это форма бесполого размножения, при которой от родительской особи отделяется дочерний организм. Такая форма характерна для дрожжей, гидры и некоторых других животных.
У споровых растений (водорослей, мхов, папоротников) размножение происходит с помощью спор, специальных клеток, образующихся в материнском организме. Каждая спора, прорастая, дает начало новому организму.
Вегетативное размножение - это размножение отдельными органами, частями органов или тела. Оно основано на способности организмов восстанавливать недостающие части тела - регенерации. Встречается у растений (размножение стеблями, листьями, побегами), у низших беспозвоночных животных (кишечнополостных, плоских и кольчатых червей).
Половое размножение - это образование нового организма при участии двух родительских особей. Новый организм несет наследственную информацию от обоих родителей.
При половом размножении происходит слияние половых клеток - гамет мужского и женского организма. Половые клетки формируются в результате особого типа деления. В этом случае, в отличие от клеток взрослого организма, которые несут диплоидный (двойной) набор хромосом, образующиеся гаметы имеют гаплоидный (одинарный) набор. В результате оплодотворения парный, диплоидный набор хромосом восстанавливается. Одна хромосома из пары является отцовской, а другая - материнской. Гаметы образуются в половых железах или в специализированных клетках в процессе мейоза.
Мейоз - это такое деление клетки, при котором хромосомный набор клетки уменьшается вдвое (рис. 10 ). Такое деление называется редукционным.
Рис. 10.Фазы мейоза: А - первое деление; Б - второе деление. 1, 2 - профаза I; 3 - метафаза I; 4 - анафаза I; 5 - телофаза I; 6 - профаза II; 7 - метафаза II; 8 - анафаза II; 9 - телофаза II
Для мейоза характерны те же стадии, что и для митоза, но процесс состоит из двух последовательных делений (мейоз I и мейоз II). В результате образуется не две, а четыре клетки. Биологический смысл мейоза заключается в обеспечении постоянства числа хромосом у вновь образующихся организмов при оплодотворении. Женская половая клетка - яйцеклетка, всегда крупная, содержит много питательных веществ, часто неподвижная.
Мужские половые клетки - сперматозоиды, мелкие, часто подвижные, имеют жгутики, их образуется значительно больше, чем яйцеклеток. У семенных растений мужские гаметы неподвижны и называются спермиями.
Оплодотворение - процесс слияния мужских и женских половых клеток, в результате которого образуется зигота.
Из зиготы развивается зародыш, который дает начало новому организму.
Оплодотворение бывает наружным и внутренним. Наружное оплодотворение характерно для обитателей вод. Половые клетки выходят во внешнюю среду и сливаются вне организма (рыбы, земноводные, водоросли). Внутреннее оплодотворение характерно для наземных организмов. Оплодотворение происходит в женских половых органах. Зародыш может развиваться как в теле материнского организма (млекопитающие), так и вне его - в яйце (птицы, пресмыкающиеся, насекомые).
Биологическое значение оплодотворения состоит в том, что при слиянии гамет восстанавливается диплоидный набор хромосом, а новый организм несет наследственную информацию и признаки двух родителей. Это увеличивает разнообразие признаков организмов, повышает их жизнестойкость.
Список использованной литературы
1. Аруцев А.А., Ермолаев Б.В., Кутателадзе И.О., Слуцкий М. Концепции современного естествознания. С учебное пособие. М. 1999
2. Петросова Р.А., Голов В.П., Сивоглазов В.И., Страут Е.К. Естествознание и основы экологии. Учебное пособие для средних педагогических учебных заведений. М.: Дрофа, 2007, 303 стр.
3. Савченко В.Н., Смагин В.П.. Начала современного естествознания, концепции и принципы. Учебное пособие. Ростов-на-Дону. 2006.
Подобные документы
Характеристика сущности клетки - элементарной единицы строения и жизнедеятельности всех живых организмов (кроме вирусов), обладающей собственным обменом веществ, способной к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. Строение клетки.
реферат , добавлен 13.11.2010
Клеточные и неклеточные формы живых организмов, их основные отличия. Животные и растительные ткани. Биоценоз - живые организмы, имеющие общее место обитания. Биосфера Земли и ее оболочки. Таксон - группа организмов, объединенных определенными признаками.
презентация , добавлен 01.07.2011
Период жизнедеятельности клетки, в котором происходят все обменные процессы и деление. Интерфаза, метафаза и анафаза, деление клетки. Биологический смысл митоза. Вирусы и бактериофаги как неклеточные формы жизни. Виды и формы размножения организмов.
реферат , добавлен 06.07.2010
Способность размножаться как одна из основных способностей живых организмов, ее роль в жизнедеятельности, выживании организмов. Типы размножения, их характеристика, особенности. Преимущества полового размножения перед бесполым. Этапы развития организмов.
реферат , добавлен 09.02.2009
Характеристика живых организмов и особенности их свойств. Использование кислорода в процессе дыхания и питания для роста, развития и жизнедеятельности. Размножение как свойство создавать себе подобных. Смерть организмов, прекращение жизненных процессов.
презентация , добавлен 08.04.2011
Совокупность всех живых организмов образует живую оболочку Земли, или биосферу. Она охватывает верхнюю часть литосферы, тропосферу и гидросферу. Живым организмам для процессов жизнедеятельности необходимая вода, климат, воздух и другие живые организмы.
реферат , добавлен 24.12.2008
Физические свойства воды и почвы. Влияние света и влажности на живые организмы. Основные уровни действия абиотических факторов. Роль продолжительности и интенсивности воздействия света - фотопериода в регуляции активности живых организмов и их развития.
презентация , добавлен 02.09.2014
Признаки и уровни организации живых организмов. Химическая организация клетки. Неорганические, органические вещества и витамины. Строение и функции липидов, углеводов и белков. Нуклеиновые кислоты и их типы. Молекулы ДНК и РНК, их строение и функции.
реферат , добавлен 06.07.2010
Авторы создания клеточной теории. Особенности архей и цианобактерий. Филогения живых организмов. Строение эукариотической клетки. Подвижность и текучесть мембран. Функции аппарата Гольджи. Симбиотическая теория происхождения полуавтономных органелл.
презентация , добавлен 14.04.2014
Воспроизведение себе подобных и обеспечение непрерывности и приемлемости жизни. Виды размножения и развития организмов, наиболее распространённая форма размножения и её значение. Строение яйцеклеток птиц, людей и животных. Растительный мир природы.