Особенности биологического уровня организации материи

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

С.В. Макарычев

Т.В. Лобанова

Фундаментальные законы и концепции естествознания

Учебное пособие

Часть II

Барнаул

Издательство АГАУ

УДК

Рецензенты – к.б.н., доцент БПА И.Ю. Попова, к.б.н., доцент АГАУ Н.Ю. Давыдова

Макарычев С.В. Фундаментальные законы и концепции естествознания: учебное пособие / Макарычев С.В., Т.В. Лобанова - Барнаул: Изд - во АГАУ, 2010. с.

В учебном пособии рассмотрены фундаментальные законы биологии и концепции естествознания, особенности биологического уровня организации материи; принципы воспроизводства живых систем, происхождение жизни, эволюция живых систем; история жизни на Земле и методы исследования эволюции, генетика и эволюция, закономерности самоорганизации, принципы универсального эволюционизма, многообразие живых организмов как основа организации и устойчивости биосферы, человек в биосфере, глобальный экологический кризис, экология и здоровье.

Предназначено для изучения дисциплины «Концепции современного естествознания» для бакалавров экономического факультета по направлению

Рекомендовано к изданию методической комиссией института природообустройства АГАУ (протокол № от 2013 г.)

Лобанова Т.В.

ФГОУ ВПО АГАУ, 2013

Издательство АГАУ, 2013

Содержание

	Введение
1.	Особенности биологического уровня организации материи
2.	Многообразие живых организмов – основа организации и устойчивости биосферы

ВВЕДЕНИЕ

Человек всегда стремился познать окружающий его мир и определить то место, которое он в нем занимает. Как возникли современные животные и растения? Что привело к их поразительному разнообразию? Каковы причины исчезновения фауны и флоры далеких от нас времен? Каковы дальнейшие пути развития жизни на Земле? Вот лишь несколько вопросов из того огромного количества загадок, решение которых всегда волновало человечество и на которые пытается ответить биология. Ее название возникло из сочетания двух греческих слов вios – (жизнь), logos – (слово, учение). Термин биология был впервые предложен в 1802 г. Ж.Б. Ламарком.

Биология – это наука о живом, его строении, формах активности, сообществах живых организмов, их распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой.

Важнейшим инструментом познания мира служит категория «живого», являющаяся ключевой, исходной для всей системы биологических наук.

В самом общем виде жизнь можно определить как активное, идущее с затратой полученной извне энергии на поддержание и самовоспроизведение специфической структуры.

Одним из сложнейших вопросов биологии является объяснение потрясающего разнообразия живого вещества по сравнению с неживым, а также того факта, что живое обладает свойством прогресса. Объяснение причин многообразия живого и прогресса живого является ключевой методологической задачей биологии.

Первые живые существа появились на нашей планете около 3 млрд. лет назад. От ранее существующих форм произошли современные организмы: более 1,5 млн. видов животных, 500 тыс. видов растений, значительное количество разнообразных грибов, а также множество прокариотических клеток, населяющих нашу планету. Ученые постоянно обнаруживают и описывают новые виды как существующие в современных условиях, так и вымершие в минувшие географические эпохи, число неописанных видов растений, животных и иных живых организмов оценивается по меньшей мере в 1 млн.

Живые организмы резко отличаются от объектов физики и химии – неживых систем – своей исключительной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью. Эти отличия придают жизни качественно новые свойства. Живое представляет собой особую ступень развития материи.

Возникновение жизни и функционирование живых организмов обусловлены естественными законами. Познание этих законов позволяет составить современную научную картину мира и поможет сформировать научное мировоззрение. В этом заключается основная цель современного естествознания, где изучение живой материи занимает особое положение. Раскрытие общих свойств живых организмов, объяснение причин их многообразия, выявление связей между строением и условиями окружающей среды относятся к основным задачам биологии.

Важное место в этой науке занимают вопросы возникновения и законы развития жизни на Земле – эволюционное учение. Для живой природы постоянное развитие – наиболее важное и характерное свойство. В этой связи концепция развития в биологии представляет фундамент, на котором построена эволюционная биология. В настоящее время все эволюционные направления, так или иначе, базируются на последних достижениях смежных отраслей биологии и естествознания. Происходит, таким образом, своеобразный эволюционный синтез, приводящий к взаимному обогащению эволюционных теорий для микро -, макро – и мегаобъектов, которые представляют характерную особенность современного естествознания, заключающуюся в общем и в то же время едином подходе в многостороннем изучении единой природы в различных ее проявлениях. На протяжении всей истории развития биологии физические и химические методы были важнейшим инструментом исследования биологических явлений и процессов живой природы. Важность внедрения таких методов в биологию подтверждают экспериментальные результаты, полученные с помощью современных методов исследования, зародившихся в смежных отраслях – физике и химии. В этой связи в 1970 – х годах в науке появился новый термин «физико-химическая биология». Появление этого термина свидетельствует не только о синтезе физических, химических и биологических знаний, но и о качественно новом уровне развития естествознания, в котором происходит непременно взаимное обеспечение отдельных его отраслей. Физико – химическая биология содействует сближению биологии с точными науками – физикой и химией, а также становлению естествознания как единой науки о природе, в то же время изучение структуры, функций и репродукции фундаментальных молекулярных структур живой материи не лишает биологию ее индивидуальности, так как молекулярные структуры наделены биологическими функциями и обладают вполне определенной спецификой.

В данном учебном пособии рассматриваются особенности биологического уровня организации материи, принципы воспроизводства живых систем, происхождение жизни, эволюция живых систем, генетика и эволюция учение, закономерности самоорганизации, принципы универсального эволюционизма, многообразие живых организмов на Земле как основа организации и устойчивости биосферы, концепция биосферы и экология. Актуальной задачей современности является налаживание взаимоотношений между человеком и природой, принцип гармонизации системы «человек - биосфера», поэтому экология относится к быстроразвивающимся отраслям естествознания. Незнание или игнорирование законов природы приводит к тяжелым последствиям, как для окружающего мира, так и для человека. Исключительная способность живой природы к восстановлению создала иллюзию ее неуязвимости к разрушительным воздействиям человека, безграничности ее ресурсов. Вся хозяйственная деятельность человека сейчас должна строиться с учетом принципов организации биосферы.

ГЛАВА I

ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ

СИСТЕМНОСТЬ ЖИВОГО

Мир живых существ, включая человека, представлен биологическими системами различной структурной организации и разного уровня соподчинения, или согласованности.

Живая (биологическая) система – это совокупность взаимодействующих элементов, которая образует целостный объект, имеющий новые качества, не свойственные входящим в систему элементам. Живая система в отличие от неживой обладает способностью жить. Жизнь – это высшая из природных форм движения материи, она характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения.

Живой системе присущи такие качества, как множественность элементов, наличие связей между элементами и с окружающей средой, согласованная организация взаимоотношений элементов, как в пространстве, так и во времени, направленная на осуществление функций системы.

Живыми системами являются и отдельные клетки, и различные ткани и органы тела, и биологические виды и их сообщества, целые экосистемы. В настоящее время описано более 1,5 миллиона видов животных, около полумиллиона видов растений, сотни тысяч видов грибов, более трех тысяч видов бактерий, и все это живые системы.

ИЕРАРХИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

ЖИВОГО

Живая природа представляет собой сложно организованную иерархическую систему (рис.1). Ученые – биологи на основании особенностей проявления свойств живого выделяют несколько уровней организации живой материи.

1. Молекулярный. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, проявляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются разнообразные процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.

2. Клеточный. Клетка – структурная и функциональная единица, а также единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. На клеточном уровне сопрягаются передача информации и превращение веществ и энергии.

3. Тканевой.Ткань – совокупность сходных по строению клеток и межклеточного вещества, имеющих общее происхождение и обладающих одной функцией.

4. Органный. Орган – это структурно-функциональное объединение нескольких типов тканей, например, кожа человека как орган вместе выполняет целый ряд функций, среди которых наиболее значительная – защитная.

5. Организменный. Элементарной единицей организменного уровня служит особь, которая рассматривается в развитии – от момента зарождения до прекращения существования. Организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов, специализированных для выполнения различных функций.

6. Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию, как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования.

7. Биогеоценотический.Биогеценоз – совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами конкретной среды их обитания – компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы. В процессе совместного исторического развития организмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые сообщества. Основные функции биогеоценоза – аккумуляция и перераспределение энергии.

Биосферный. Биосфера – самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. Система, охватывающая все явления жизни на нашей планете. В ней выделяют живое вещество - совокупность всех живых организмов, неживое, или костное вещество и биокосное вещество.По ориентировочным оценкам биомасса вещества составляет около 2,5 ·10¹²т.На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле. Уровни организации живого тесно связаны между собой и вытекают один из другого, что говорит о целостности живой природы. В настоящее время отдельно выделяют иерархическую организацию живого – клетку, как единицу живого; иерархическую организацию природных биологических систем: биополимеры – органеллы – клетки – ткани – органы – организмы – популяции – виды, а также иерархическую организацию природных экологических систем: особь – популяция – биоценоз – биогеоценоз – экосистемы более высокого ранга (саванна, тайга, океан) – биосфера.