Из известных к настоящему времени 108 химических элементов лишь немногие входят в состав живых организмов. В первую очередь это макроэлементы, имеющиеся в больших количествах в природе и необходимые для всех биологических объектов: Н, С, О, N, S, Р, Са, Mg, К, Fe, а для животных еще и Na и CI. В меньшей степени для жизнедеятельности организмов используются микроэлементы Си, Mn, Zn, Мо, Со, а также F, J, Se (для животных) и В (для растений).
Для химической основы жизни наибольшее значение имеют минеральные соли и соответствующие катионы и анионы: ионы натрия и калия обеспечивают электрический разряд на мембранах клеток и передачу электрических импульсов по нервам и мышцам, управляя таким образом их работой; ионы кальция являются основой костной ткани, а также участвуют в сокращении мышц; фосфор входит в органические соединения - биологические аккумуляторы энергии и (вместе с кальцием) в состав костей скелета; ионы хлора вместе с ионами натрия создают осмотическое давление в крови, лимфе и плазме. Соляная кислота, которая выделяется в желудке человека и животных, играет важную роль в пищеварении. Железо содержится в пигменте крови - гемоглобине, который является переносчиком кислорода. Железо и медь входят в состав переносчиков электронов в производящих энергию клеточных органеллах - митохондриях, а также входят в состав некоторых ферментов. Магний составляет основу молекулы хлорофилла и обеспечивает главную фотохимическую реакцию в живых организмах - синтез органических веществ из углекислого газа и воды.
Йод является элементом такого важного соединения, как гормон щитовидной железы. Недостаток йода в пище вызывает тяжелое заболевание - эндемический зоб. Это заболевание, вызванное недостатком йода в почве, распространено в ряде районов земного шара, например на Урале, в Карпатах и других регионах. Соединения йода с калием помогают защищать организм человека от воздействий ионизирующего излучения. В составе витамина В12 содержится кобальт. Некоторые жизненно важные ферменты и гормоны, например инсулин, содержат цинк.
В количественном отношении первое место среди химических соединений занимает вода (в организме человека ее около 60%, а у медузы - более 96%). Вода служит растворителем, средством внутреннего транспорта и средой для большинства процессов обмена веществ. Значительная часть остальных неорганических компонентов находится в водном растворе.
Число органических соединений, состоящих главным образом из С, Н, О, N, S и Р, в живых организмах чрезвычайно велико. Они принадлежат в основном к четырем классам - белкам, нуклеиновым кислотам, углеводам и липидам (или жирам), У животных количественно преобладают белки, у растений - углеводы.
Рядом важных свойств и функций обладают белки: они участвуют в построении клеток и тканей, являются биологическими ферментами - катализаторами, гормонами, защитными веществами и проч. Белки участвуют в процессах трансформации энергии. Например, белки мышц реагируют с.молекулами аденозинтрифосфорной кислоты и расщепляют в них богатую энергией химическую связь. Под воздействием высвобождающейся энергии происходит сокращение мышечного белка. Таким образом, химическая энергия при участии белков мышц превращается в энергию механическую - один вид энергии трансформируется в другой. Белки также могут служить источником энергии для клеток.
Если в организм животных и человека попадают вирусы или бактерии, то для защиты от них вырабатываются особые белки - антитела. Эти белки обезвреживают возбудителей болезней, задерживая их размножение в организме. Такой механизм сопротивления заболеваниям называется иммунитетом. Чтобы повысить иммунитет, в кровь вводят готовые антитела (вакцины), полученные от переболевшего животного или человека, т.е. от организма, в котором они уже выработаны. Белки составляют важную часть всех структур клеток и организмов. Кожа, мышцы, волосяной и шерстяной покров, эластичные стенки кровеносных сосудов и пр. представляют собой структуры, основу строения которых составляют белки. Нуклеиновые кислоты, как и белки, участвуют в процессах жизнедеятельности, в передаче наследственных признаков, а также и в синтезе белков.
В жизни организмов большую роль играют углеводы, среди которых выделяются простые сахара (моносахара): глюкоза, фруктоза, галактоза. Они имеют одну химическую формулу (С6Н1206) и отличаются только пространственной структурой молекулы. Глюкоза и фруктоза содержатся в составе фруктов и ягод. Галактоза входит в состав молочного сахара - лактозы. Молекулы глюкозы под действием ферментов могут соединяться в длинные и разветвленные полимерные цепочки - полисахариды - крахмал и гликоген. Крахмал является формой хранения запаса питательных веществ в растительных клетках. Из-за высокого содержания крахмала в пшенице, кукурузе, рисе, картофеле эти сельскохозяйственные культуры получили широкое распространение на нашей планете и являются важнейшими продуктами питания в большинстве стран. В клетках животных и человека накапливается гликоген. Этот полисахарид отличается от крахмала большей разветвленностью молекул. Особенно много гликогена содержится в клетках печени, а также в мышцах. Расщепление и окисление углеводов позволяет клетке получать химическую энергию.
Липиды (жиры) входят в клеточные структуры и клеточные мембраны, где, в соединении с белками, регулируют всасывание и выделение веществ клетками. Липиды, как и углеводы, являются для клеток источниками энергии и хранят запасы питательных веществ, В состав липидов входят глицерин и различные жирные кислоты. По мере необходимости липиды расщепляются ферментами, после чего жирные кислоты ступенчато окисляются, выделяя большое количество энергии. Конечными продуктами «горения» жиров являются углекислый газ и вода.
В состав клеток всегда входит небольшое количество разнообразных по составу органических веществ, регулирующих работу клетки, объединенных в группу под названием витамины. Эти жизненно важные соединения могут быть синтезированы только растениями и бактериями. В организм животных и человека они попадают с пищей. Большинство витаминов входит в состав белковой части ферментов. Сейчас известно более 20 витаминов, необходимых человеку. При отсутствии или недостатке какого-либо витамина нарушается работа определенных ферментов, ход биохимических реакций и нормальная жизнедеятельность клеток. Это приводит к заболеваниям (авитаминозам) и может даже вызвать гибель организма.
Физиологические признаки живого могут быть установлены на основе такого общего понятия, как жизнь. Жизнь можно определить как активное, идущее с затратой полученной извне энергии поддержание и воспроизведение специфических структур. Из этого определения вытекает необходимость постоянной связи организма с окружающей средой, осуществляемой путем обмена веществом и энергией. Иными словами, организм приспосабливается (адаптируется) к определенной среде. Отсюда вытекает ряд свойств живого, которые, однако, относительны.
Живые организмы способны расти и развиваться, т. е. увеличиваться в размерах и массе, с сохранением (или появлением) в ходе процесса общих черт строения, свойственных взрослому, т. е. способному размножаться, индивидууму (особи).
Каждый организм получает из окружающей среды необходимые ему вещества и энергию, а отдает в нее те вещества и энергию, которые не может использовать в результате питания, дыхания и выделения. Полученная извне энергия используется для поддержания упорядоченности биологических структур. Живые клетки, ткани или целый организм способны реагировать на внешние и внутренние воздействия, т. е. обнаруживать раздражимость, которая лежит в основе их приспособления к меняющимся условиям среды. Раздражимость проявляется на всех уровнях развития жизни и сопровождается изменениями в обмене веществ, электрического потенциала, состояния клеток. У высокоорганизованных животных раздражимость проявляется через высшую нервную деятельность (в том числе рефлексы) и сознание (у человека).
Непрерывность и преемственность жизни обеспечивают присущее всем организмам свойство воспроизведения себе подобных - размножение. Тесно связано с размножением и явление наследственности (передачи признаков организма от поколения к поколению), когда потомки, пройдя примерно такой же путь индивидуального развития, как и их роди iели, вновь оставляют похожее на себя потомство. Потомки напоминают предков не только внешне, но и по внутреннему строению. Без передачи по наследству химических особенностей организма внешнее сходство было бы невозможно. В неорганическом мире подобные явления отсутствуют.
Один из самых ярких признаков огромного числа живых организмов, в первую очередь животных. - способность к движению. Но далеко не все организмы проявляют свою живую природу заметными глазу человека движениями. Например, у грибов, деревьев, коралловых полипов и т. п. движение происходит внутри живого организма и служит для транспорта вешест в от одной части тела к другой.
В неорганическом мире норечаются прообразы аналогичных признаков: рост кристаллов, притяжение металлических опилок к магниту, изгиб биметаллической пластинки при нагревании и т. п. Но у этих объектов отсутствует активная реакция на окружающую
среду, их действия не являются целенаправленными. Исключение составляют технические устройства, созданные человеком по принципу живых организмов. Органические вещества, выделенные из живых организмов или синтезированные в ходе экспериментов, также не проявляют свойств живого.
Приведенные выше признаки живых организмов, являясь необходимыми, не могут служить достаточными критериями для безошибочного разделения живой и неживой природы. К ним должны быть добавлены признаки структурной организации жизни. Живое выступает в форме определенных образований - живых организмов, обладающих сложной структурной организацией, в которой можно выделить молекулярный, субклеточный, клеточный, органотканевый и организменный уровни.
Молекулярныйуровенъ организации отражает строение белков, их функции, роль нуклеиновых кислот в хранении и реализации 1 енетической информации в процессах синтеза биологически важных соединений. На этом уровне организации ведутся основные исследования по биотехнологии и генной инженерии, поскольку многие свойства организма определяются именно этим уровнем.
Субклеточный, или надмолекулярный, уровень характеризует организацию, строение и функции различных клеточных структур - хромосом, митохондрий, рибосом и др. Каждая из этих клеточных структур во всех живых организмах несет свои, только ей присущие свойства для обеспечения жизнедеятельности клетки. Так, хромосомы отвечают за хранение и передачу наследственной информации (генетического кода); митохондрии снабжают клетку энергией для существования; хлоропласты, расположенные в растительных клетках и содержащие хлорофилл, превращаю! солнечную энергию в энергию химических связей; с участием рибосом происходит синтез белковых молекул, а специальные структуры - лизосомы содержат ферменты, расщепляющие биополимеры.
Клеточный уровень организации связан с морфологической организацией клетки, специализацией клеток в ходе развития организма, функциями клеточной мембраны, механизмами и регуляцией деления клеток. Исследования на лом уровне позволяют решать важнейшие проблемы медицины, в частности лечение онкологических заболеваний.
Органотканевый уровень организации отражает строение и функции отдельных органов и составляющих их тканей.
Организменный уровень связан с изучением особей и свойственных им, как целому, черт строения, механизмов адаптации (приспособления) и поведения.
Разделение живой материи по уровням организации хотя и отражает объективную реальность, но в то же время является условным. Например, проблемы эволюции или индивидуального развития следует рассматривать с учетом молекулярного, субклеточного, клеточного и органотканевого уровней. Представляя собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, все уровни организации объединены в единую биологическую систему. Эта биологическая система обладает свойствами целостности (т. е. свойства системы не сводятся к сумме свойств элементов), относительной устойчивости, а также способностью к адаптации по отношению к внешней среде, развитию, самовоспроизведению и эволюции.
Происхождение всех земных существ от общего корня подтверждается далеко идущими совпадениями в их фундаментальных особенностях. В природе часто встречаются родственные признаки у чрезвычайно далеких друг от друга организмов. Основные черты сходства эволюционного единства всех живых существ проявляются по многим направлениям. Так, все организмы имеют очень близкий химический состав, в котором углерод выступает важнейшим строительным элементом. Например, в глюкозе содержание углерода достигает более 30%. Белковые молекулы всех организмов построены из одних и тех же 20 аминокислот, в то время как в тканях живых существ встречается более 100 аминокислот, не входящих в состав белков. Тела практически всех организмов состоят из клеток (исключение составляют вирусы). Клетки животных и растений построены по единому плану. Подавляющее большинство организмов имеет клетки с клеточным ядром. Основная схема строения ядра едина для животных и растений. Деление таких клеток осуществляется единым, непрямым способом, при этом дочерние клетки получают такое количество хромосом, которое содержалось в материнской клетке. Образованию половых клеток у всех животных и растений предшествует процесс редукции (уменьшения в два раза) числа хромосом. Принципы построения генетического кода едины для всех организмов. А механизм копирования наследственной информации у всех живых существ реализуется с помощью удвоения молекул нуклеиновых кислот. Кроме того, основные вещества, отвечающие за дыхание (хлорофилл у растений и гемоглобин у животных), очень близки по химическому составу.
Все эти данные свидетельствуют о единстве происхождения животных и растений, а также о родстве всех живых организмов, произошедших от общих предков.
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.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЖИЗНИ
По современным представлениям, жизнь – это особая форма существования (движения) материи в виде сложных биологических систем нуклеиновых кислот, белков и фосфорорганических соединений, обладающих свойствами саморегуляции, воспроизведения и развития вследствие преобразования веществ и энергии из внешней среды.
Одной из главных особенностей живых систем является способность синтезировать белки на основе программы, закодированной в нуклеиновых кислотах, и синтезировать нуклииновые кислоты с помощью белков. Помимо этого живые организмы имеют и целий ряд других характерных признаков и свойств, отличающих их от неживой природи:
1. Единый принцип структурной организации. Все живые организмы имеют клеточное строение. Клетка представляет собой структурно-функциональную единицу и является основой роста и развития организма.
2. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в обьекты неживой природы, но соотнощение элементов разные. В живых организмах 98% состава приходится на углерод, кислород, азот и водород.
3. Обмен веществ и энергии (метаболизм). Живые организмы – открытые системы; они постоянно получают необходимые вещества из внешней среды и виделяют в неё продукты жизнедеятельности. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава всех частей организма и другии проявления (признаки) жизни, а именно: рост, развитие, раздражимость, движение, размножение, изменчивость, наследственность, старость и, наконец, смерть.
4. Рост и развитие — это тесно связанные процессы. Рост – это увеличение массы, линейных размеров индивидуума (особи) и отдельных органов. Он всегда сопровождаеться развитием – качественными изменениями организма. Закономерные изменение организма от момента зарождения и до смерти носят названия индивидуального развития, или онтогенеза.
5. Раздражимость. Способность живых клеток, тканей или целого организма реагировать на внешние или внутренние воздействия; лежит в основе приспособления к изменяющимся условиям среды.
Любое изменение окружающей среды является раздражителем, а реакция организма – проявлением раздражимости.
Формы раздражимости различны у растений и животных.
Реакция многоклеточных организмов на раздражение, которое осуществляется при помощи нервной системы, называется рефлексом.
6. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение в неизмененённом виде. В основе наследственности лежит относительное постоянство стоения молекул ДНК.
7. Изменчивость – это способность организмов приобетать новые признаки, отличающие их от родительских форм. Она представляет материал для естественного отбора, т. е. отбора наиболее приспособленных особей к конкретным условиям существования, что в конечном итоге приводит к появлению новых форм жизнм, прогрессивному развитию живого на Земле.
8. Дисктретность (от лат.“discretus” — прерывистый, раздельный) – это означает, что любая биологическая система (клетка, организм, популяция, биоценоз) состоит из отдельных взаимодействующих частей, образующих структурно-фунциональное единство. Например, любой вид организмов включает отдельные особи. Тело высокоорганизованной особи состоит из органов, в свою очередь органы состоят из клеток.
9. Саморегуляция (авторегуляция). Это способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов (гомеостаз) в непрерывно меняющихся условиях среды. Данная способность осуществляется с помощью регуляторных систем, в основе деятельности которых лежит принцип обратной связи. Сигналом для включения или выключения той или иной регулирующей системы может быть концетрация какого-либо вещества или состояние какого-либо биохимического или физиологического процесса.
Например, понижение концетрации АТФ в клетке служит сигналом запускающим её синтез. После того как содержание АТФ в клетке нормализуется, интенсивность её синтеза уменьшается.
10. Адаптация (от лат. “adaptatio”- приспособление) — приспособление организма к условиям окружающей среды. Возникают в процессе естественного отбора и выражаются в особенностях строения, функций и поведения особей данного вида, способствующих их успеху в борьбе за существование.
Основные свойства и стратегия жизни:
- способность к передаче и реализации генетической информации;
- адаптация к условиям окружающей среды;
- поступательное прогрессивное развитие.
Биология…
Для всех живых организмов характерно
Выберите один ответ:
a. дыхание, питание, размножение
b. образование органических веществ из неорганических
c. поглощение из почвы растворённых в воде минеральных веществ
d. активное передвижение в пространстве
Организмы растений, животных, грибов и бактерий состоят из клеток — это свидетельствует о
Выберите один ответ:
разнообразии строения живых организмов
b. связи организмов со средой обитания
c. единстве органического мира
сложном строении живых организмов
В клетках человека и животных в качестве строительного материала и источника энергии используются
Выберите один ответ:
a. белки, жиры и углеводы
b. неорганические вещества
c. вода и углекислый газ
d. гормоны и витамины Вопрос 4
Молекулы АТФ выполняют в клетке функцию
Выберите один ответ:
транспорта веществ
b. каталитическую
c. аккумулятора энергии
d. защитную
Молекулы ДНК
Выберите один ответ:
доставляют к рибосомам аминокислоты
b. переносят информацию о строении белка к рибосомам
c. переносят информацию о строении белка в цитоплазму
Строение и функции плазматической мембраны обусловлены входящими в её состав молекулами
Выберите один ответ:
гликогена и крахмала
b. клетчатки и глюкозы
c. белков и липидов
d. ДНК и АТФ
Какие организмы синтезируют органические вещества за счет энергии солнечного света
Выберите один ответ:
a. хемотрофы
b. сапротрофы
фототрофы
d. гетеротрофы
Перед митозом и мейозом в интерфазе происходит
Выберите один ответ:
a. коньюгация гомологичных хромосом
b. растворение ядерной оболочки
c. образование веретена деления
удвоение молекулы ДНК
Митоз отличается от мейоза
Выберите один ответ:
a. числом дочерних клеток и рабором хромосом в них
наличием профазы, метафазы, анафазы и телофазы
c. процессами спирализации и деспирализации хромосом
d. наличием хромосом, состоящих из двух хроматид
Объединени признаков родителей происходит в процессе
Выберите один ответ:
a. дробления зиготы
b. слияния гамет
c. партеногенеза
d. гаструляции
При половом размножении, в отличии от бесполого
Выберите один ответ:
a. увеличивается генетическое разнообразие потомства
рождается больше женских особей c. дочерний организм развивается быстрее
d. увеличивается численность популяций
Вопрос 12 Типы гамет у особи с генотипом ААВb
Выберите один ответ:
ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ ЖИВОГО
Вопрос о происхождении и сущности жизни, специфике живого вещества является ключевым для многих естественно-научных дисциплин, для формирования научной картины мира. Вся многовековая история биологической науки проходила под знаком борьбы представителей двух противоположных точек зрения на феномен жизни – механицизма и витализма. Механицизм сформировался в Новое время под влиянием успехов механики и последующим формированием механистически-материалистического мировоззрения в целом.
Сторонники механицизма и его более поздней разновидности – редукционизма не признавали качественную специфику живых организмов, считая, что жизненные процессы можно представить как результат действия физических и химических процессов.
Этой точки зрения придерживался ряд видных ученых и в ХХ веке. Так, крупнейший английский философ и математик Б.Рассел в работе «Человеческое познание» (1951 г.) писал:
«Нет основания предполагать, что живая материя управляется другими законами, чем неживая материя, и имеются серьезные основания думать, что все в поведении живой материи может теоретически быть объяснено в терминах физики и химии».
Аналогичные взгляды развивал в своей работе «Возникновение жизни» английский физик Дж.
Д.Бернал:
«Жизнь есть частичная, непрерывная, прогрессирующая, многообразная и взаимодействующая со средой самореализация потенциальных возможностей электронных состояний атомов».
Н.Бор в 30-е годы ХХ века предсказывал, что исследование жизни на атомном уровне приведет к парадоксу, аналогичному тому, который возник при исследованиях спектров атомов и который был разрешен только с помощью новой квантовой механики.
Бор считал, что:
«Существование жизни следует принимать как некий элементарный факт, который нельзя объяснить и который следует рассматривать как начальную точку биологии, точно так же как квант действия, который выглядит иррациональным с точки зрения классической механики, но оказывается фундаментальной основой атомной физики, если его рассматривать с точки зрения физики элементарных частиц. Невозможность объяснения жизненных явлений на основе законов физики или химии аналогична недостаточности механического подхода для понимания стабильности атомов».
Н.Бор рассматривал проблему связи биологии и физики на основе принципа дополнительности, считая, что собственно биологические законы дополнительны законам, которым подчиняются тела неорганического мира.
Нельзя одновременно определять физико-химические свойства организма и явления жизни – анализ свойств одного исключает подробный анализ другого.
В 1945 г. Э.Шредингер написал книгу «Что такое жизнь? С точки зрения физика», где рассмотрел три основные проблемы биофизики:
1. Термодинамические основы жизни . Организм – открытая высокоорганизованная упорядоченная система, находящаяся в неравновесном состоянии благодаря потоку энтропии во внешнюю среду, способная поддерживать упорядоченность за счет саморегуляции и самовоспроизведения.
Молекулярные основы жизни . Ген должен быть молекулой с апериодической структурой. Поставлен вопрос о структуре вещества наследственности и о причинах его устойчивого воспроизводства в ряду поколений.
Квантово-механические закономерности . Соответствие биологических процессов законам квантовой механики, что отчетливо проявляется в радиобиологических явлениях.
Сторонники витализма объясняют специфику живого существованием особых биологических закономерностей, наличием в биологических системах особой нематериальной и непознаваемой «жизненной силы», «души», которая не подчиняется физическим и химическим законам, придает живым организмам их целостность и целесообразность, особого рода упорядоченность и способность стремиться к определенным целям.
Зарождение витализма происходило во времена античности в трудах Платона, Аристотеля, Плотина. Виталисты пытаются доказать нематериальный характер жизни и невозможность понять ее сущность. Однако под влиянием успехов физики и химии, биофизики и биохимии в объяснении многих биологических процессов к середине ХХ века витализм был вытеснен из сферы биологического познания.
В настоящее время большинство ученых убеждено, что жизнь представляет собой особую форму существования материального мира.
Современная биология в вопросе о сущности жизни часто идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. Только совокупность данных свойств дает представление о специфике живого.
К числу свойств живого относят следующие:
— Метаболизм .
Наиболее важным свойством всех живых организмов является обмен веществ, или метаболизм, представляющий собой совокупность биохимических реакций, обеспечивающих жизнь. Живые организмы получают вещество, энергию и информацию из окружающей среды, используя их на поддержание своей высокой упорядоченности.
Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию. Процессы обмена веществ делят на анаболизм, или ассимиляцию, и катаболизм, или диссимиляцию. При анаболизме идет синтез сложных веществ из простых, сопровождающийся накоплением энергии. Катаболизм – это расщепление сложных веществ, сопровождающееся освобождением энергии. Эти две стороны обмена связаны неразрывно и протекают одновременно и непрерывно.
Каждый живой организм и каждая клетка представляют собой открытую термодинамическую систему, которая непрерывно превращает содержащуюся в органических веществах потенциальную (химическую) энергию в энергию всех рабочих процессов организма.
ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ ЖИВОГО
В конечном счете, вся энергия уходит из организма в окружающую среду и рассеивается в ней. Баланс энтропии в открытой системе определяется процессами как внутри нее, так и процессами обмена с окружающей средой. Обмен веществ в живых организмах с точки зрения термодинамики необходим для того, чтобы воспрепятствовать увеличению энтропии, обусловленному внутренними необратимыми процессами в организме.
Советский физик Я.И.Френкель писал:
«Нормальное состояние всякой мертвой системы есть состояние устойчивого равновесия, в то время как нормальное состояние всякой живой системы, с какой бы точки зрения она ни рассматривалась (механической или химической), есть состояние неустойчивого равновесия, в поддержании которого и заключается жизнь».
Существуют два вида питания организмов: автотрофное и гетеротрофное. Автотрофное питание означает синтез всех необходимых органических веществ из неорганических.
Этим видом питания обладают растения и прокариоты. Зеленые растения синтезируют органические вещества с использованием энергии Солнца путем реакции фотосинтеза. В результате фотосинтеза создается основная масса органического вещества и поддерживается газовый состав атмосферы. Гетеротрофное питание означает получение органических веществ в готовом виде, оно характерно для животных, грибов и многих бактерий.
Обмен веществ может происходить без участия кислорода – анаэробный обмен.
У большинства организмов питательные вещества расщепляются и высвобождают энергию в процессе клеточного кислородного дыхания – аэробный обмен. При нем высвобождается гораздо больше энергии.
— Сложная структура . Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах.
Живые организмы не только изменяются, но и усложняются. У растения или животного появляются новые ветви или органы, отличающиеся по своему химическому составу от породивших их структур.
— Раздражимость .
Живые организмы активно реагируют на физические или химические факторы и их изменения в окружающей среде. Способность реагировать на внешние раздражения – универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных.
— Размножение и рост. Все живое размножается и растет. Способность к самовоспроизведению – самая поразительная способность живых организмов. Потомство и похоже, и чем-то отличается от своих родителей. В этом проявляется действие механизма наследственности.
— Адаптация. Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни.
Адаптация помогает выжить организмам в постоянно меняющихся условиях внешней среды. Организм отвечает на изменения либо относительно быстро благодаря раздражимости, либо более длительно – путем возникновения мутаций и появления новых признаков, которые будут сохранены естественным отбором.
— Передача информации . Живые организмы способны передавать потомству заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размножения. Эта информация содержится в генах – единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах.
Генетический материал определяет направление развития организма. Вот почему потомки похожи на родителей. Однако эта информация в процессе передачи несколько видоизменяется, искажается. В связи с этим потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них.
— Гомеостаз. Гомеостазом называется относительное динамическое постоянство состава и свойств организма, устойчивость его основных физиологических функций. Живые организмы, обитающие в непрерывно изменяющихся внешних условиях, поддерживают постоянство своего химического состава и интенсивность течения всех физиологических процессов с помощью механизмов саморегуляции.
Важную роль в реализации гомеостаза играют петли обратной связи, возникающие в живом веществе и определяющие его реакции на внешние возмущения, нарушающие его стабильность. Гомеостаз – фундаментальный принцип для всего живого.
— Движение. Оно более заметно у животных, чем у растений.
Из совокупности указанных признаков вытекает следующее обобщенное определение сущности живого: жизнь есть форма существования сложных открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению.
Важнейшими функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые кислоты. Один из главных критериев жизни – способность живых организмов сохранять и передавать информацию.
Современная теоретическая биология основные свойства живого формулирует в виде пяти аксиом:
1. Все живые организмы характеризуются единством фенотипа (совокупностью всех признаков и свойств) и программой его построения – генотипа (совокупностью всех генов), передающегося по наследству из поколения в поколение (аксиома А.Вейсмана).
Генетическая программа образуется матричным путем, т.е. для строительства гена будущего поколения используется ген предшествующего поколения (аксиома Н.К.Кольцова).
При передаче генетические программы изменяются случайно и ненаправленно, также случайно они могут оказаться удачными в данной среде (1-я аксиома Ч.Дарвина).
Случайные изменения генетических программ при становлении фенотипа многократно усиливаются (аксиома Н.В.Тимофеева-Ресовского).
5. Многократно усиленные изменения генетических программ подвергаются отбору условиями внешней среды (2-я аксиома Ч.Дарвина).
Глава 39. Неклеточные формы жизни
Вирусы были открыты в 1892 г. русским ученым-ботаником Д.И.Ивановским при изучении мозаичной болезни табака (пятнистость листьев). Вирусы представляют собой неклеточные формы жизни. Они занимают промежуточное положение между живой и неживой материей, так как совмещают в себе признаки живых организмов и тел неживой природы.
Вирусы обладают рядом особенностей, отличающих их от клеточных организмов:
© не имеют клеточного строения, лишены каких-либо клеточных структур;
© лишены собственного метаболизма, так как не имеют белок-синтезирующего аппарата и механизмов получения энергии;
© отсутствует рост;
© не способны ни к делению, ни к половому размножению.
Вирусы проявляют признаки жизни только в клетке.
Вопрос о происхождении вирусов до конца не выяснен. Вирусы представляют собой автономные генетические структуры, но они не способны развиваться вне клетки. Вместе с тем, нуклеотидный состав нуклеиновых кислот и генетический код вирусов и клеточных организмов одинаков. Поэтому можно предположить, что вирусы возникли позже возникновения клеточной организации.
Наиболее вероятно, что вирусы возникли в результате деградации клеточных организмов.
Вероятно, вирусы можно рассматривать как группу генов, вышедших из-под контроля генома клетки.
Размеры вирусов колеблются от 10 до 300 нм.
Форма вирусов разнообразна: шаровидная, палочковидная, нитевидная, цилиндрическая и др.
Вирусы могут существовать в двух формах:
© в форме нуклеиновой кислоты, когда находятся в клетке-хозяине;
© в свободной форме, когда находятся вне клетки-хозяина.
Эту форму существования называют вирионом (рис. 320).
Вирионы вирусов состоят из различных компонентов:
© сердцевина - генетический материал (молекула ДНК или РНК);
© капсид - белковая оболочка нуклеиновой кислоты;
© суперкапсид - дополнительная липопротеидная оболочка (характерен только для сложноорганизованных вирусов).
Причем обе нуклеиновые кислоты могут быть как одноцепочечными, так и двухцепочечными, как линейными, так и кольцевыми.
В зависимости от типа нуклеиновой кисло
ты, входящей в состав вируса, различают:
© ДНК-геномные вирусы;
© РНК-геномные вирусы.
Капсид представляет собой оболочку вируса, образованную белковыми субъединицами, уложенными строго определенным образом.
Капсид выполняет, прежде всего, защитную функцию. Он защищает нуклеиновую кислоту вируса от различных воздействий, прежде всегоот действия многочисленных нуклеаз.
Кроме того, капсид обеспечивает осаждение вируса на поверхности клеточных мембран, так как содержит рецепторы, комплементарные рецепторам мембран клеток. Рецепторный механизм проникновения вируса в клетку обеспечивает специфичность вирусов: они поражают строго определенный круг хозяев.
Суперкапсид характерен для сложноорганизованных вирусов (вирусы ВИЧ, гриппа, герпеса).
Возникает во время выхода вируса из клетки-хозяина. Он представляет собой модифицированный участок ядерной или наружной цитоплазматической мембраны клетки-хозяина.
Только внедряясь в клетку-хозяина вирус может воспроизводить себе подобных, он подавляет процессы транскрипции и трансляции веществ, необходимых самой клетке, и "заставляет" ее ферментные системы осуществлять репликацию своей нуклеиновой кислоты и биосинтез белков вирусных оболочек.
После сборки вирусных частиц клетка либо погибает, либо продолжает существовать и производить новые поколения вирусных частиц.
Цикл репродукции вируса складывается из нескольких стадий.
© Осаждение вируса на поверхность мембраны клетки. Возможно в том случае, если рецепторы клеточных мембран и капсида вируса комплементарны.
© Проникновение вируса в клетку . Многие вирусы проникают в клетку путем эндоцитоза. Образуется впячивание наружной цитоплазматической мембраны, и вирус оказывается в цитоплазме клетки.
Ферменты лизосом разрушают капсид вируса, и его нуклеиновая кислота освобождается. Некоторые вирусы проникают в клетку путем слияния мембран клеток и вирусов.
Проникновение фагов происходит за счет частичного разрушения оболочки клетки фаговым лизоцимом.
ДНК вируса проникает в клетку после сократительной реакции отростка фага.
© Синтез компонентов вируса осуществляется в несколько этапов:
¨ Подготовительный . На этом этапе происходит подавление функционирования генетического аппарата клетки, прекращается синтез белков и нуклеиновых кислот клетки, белок-синтезирующий аппарат клетки переводится под контроль генома вируса.
¨ Репликация нуклеиновой кислоты вируса .
Поскольку генетический аппарат вирусов разнообразен, механизмы репликации различны. У двухцепочечных ДНК-геномных вирусов репликация происходит так же, как у всех живых организмов.
¨ Синтез белков капсида . Биосинтез белков капсида вируса начинается позже репликации, причем используется белоксинтезирующий аппарат клетки-хозяина.
© Сборка вирионов . Сборка вирусных частиц начинается после того, как количество компонентов вируса в клетке достигает определенного предела.
Происходит самосборка, белковые субъединицы капсида определенным образом располагаются вокруг нуклеиновой кислоты.
© Выход вирусов из клетки . Чаще всего происходит в результате разрушения клетки вирусным лизоцимом. Сложноорганизованные вирусы выходят из клетки путем почкования, при этом они приобретают суперкапсид.
Вирусы способны поражать большинство существующих живых организмов, вызывая различные заболевания.
К числу вирусных заболеваний человека относятся, например, оспа, бешенство, детский паралич, корь, желтая лихорадка, инфекционный насморк и т.д. У животных известно поражение вирусом коровьей оспы и др. У растений вирусы могут определять пятнистость окраски цветков (например, у тюльпана), изменения окраски листьев (желтуха растений).
Бактериофаг состоит из головки, хвостика и хвостовых отростков, с помощью которых он осаждается на оболочке бактерий. В головке содержится ДНК. Фаг частично растворяет клеточную стенку и мембрану бактерии и за счет сократительной реакции хвостика впрыскивает свою ДНК в ее клетку.
Бактериофаги имеют большое практическое значение и являются важным объектом научных исследований в области молекулярной биологии.
Синдром приобретенного иммунного дефицита - это новое инфекционное заболевание, которое признано как первая действительно глобальная эпидемия в известной истории человечества.
Вирус иммунодефицита человека внедряется в чувствительные клетки.
Основные клетки-мишени - CD4-лимфоциты (хелперы), так как на их поверхности есть рецепторы, способные связываться с поверхностным белком ВИЧ. В меньшем числе они содержатся на мембранах макрофагов, еще в меньшем - на мембранах В-лимфоцитов.
Кроме того, ВИЧ проникает в ЦНС, поражая нервные клетки и клетки нейроглии, в клетки кишечника. Иммунная система организма человека утрачивает свои защитные свойства и оказывается не в состоянии противостоять возбудителям различных инфекций. Средняя продолжительность жизни инфицированного человека составляет 7-10 лет.
Поэтому на ее поверхности и внутри нее сохраняется множество клеточных белков. В мембрану встроены рецепторные образования, по виду напоминающие грибы. Под наружной оболочкой располагается сердцевина вируса, которая имеет форму усеченного конуса и образована особым белком. Промежуток между наружной вирусной мембраной и сердцевиной вируса заполнен тяжами вироскелета, благодаря которому сохраняется форма вируса, а сердцевина удерживается в определенном положении.
Внутри сердцевины располагаются две молекулы вирусной РНК, связанные с низкомолекулярными белками основного характера. Каждая моле кула РНК содержит 9 генов ВИЧ. Три из них являются структурными, три - регуляторными и три - дополнительными. Эти гены содержат информацию, необходимую для продукции белков, которые управляют способностью вируса инфицировать клетку, реплицироваться и вызывать заболевание. Кроме того, сердцевина содержит фермент обратную транскриптазу, осуществляющую синтез вирусной ДНК с молекулы вирусной РНК.
| Пути распространения ВИЧ инфекции |
Источником заражения служит человек - носитель вируса иммунодефицита.
Это может быть больной с различными проявлениями болезни, или человек, не имеющий признаков заболевания (бессимптомный вирусоноситель).
СПИД передается только от человека к человеку:
© половым путем;
© через кровь и ткани, содержащие вирус иммунодефицита;
© от матери к плоду и новорожденному.
| 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
Объекты живой природы состоят из «неживых» молекул. Если эти молекулы выделить и каждый их вид исследовать в отдельности, то можно убедиться, что они подчиняются всем законам физики и химии, описывающим поведение неодушевленной материи. Тем не менее живые организмы обладают необычными свойствами, отсутствующими в скоплениях неживых молекул. Если мы поближе познакомимся с этими особыми свойствами, то нам станут более понятны те основные вопросы, ответы на которые пытается найти биохимия.
1.1. Для живой материи характерны некоторые отличительные особенности
Одна из наиболее примечательных особенностей живых организмов - это их сложность и высокая степень организации. Они характеризуются усложненным внутренним строением и содержат множество различных сложных молекул. Живые организмы представлены миллионами разных видов, тогда как окружающая нас неживая материя - глина, песок, камни, вода - состоит из неупорядоченных смесей сравнительно простых химических соединений.
Вторая особенность живых организмов заключается в том, что любая составная часть организма имеет специальное назначение и выполняет строго определенную функцию. Это относится не только к макроскопическим структурам и, в частности, к органам, таким, как сердце, легкие или мозг, но и к микроскопическим внутриклеточным структурам, таким, как клеточное ядро. Даже индивидуальные химические соединения, содержащиеся в клетке, например белки или липиды, наделены специальными функциями. Поэтому вполне правомерен вопрос о том, для какой цели понадобилась живому организму та или иная молекула или химическая реакция, тогда как спрашивать о функции различных химических соединений, входящих в состав неживой материи, абсолютно бессмысленно.
Третья особенность живого, благодаря которой мы ближе подходим к сути жизненных процессов, состоит в том, что живые организмы обладают способностью извлекать, преобразовывать и использовать энергию окружающей их среды - либо в форме органических питательных веществ, либо в виде энергии солнечного излучения. Эта энергия позволяет организмам создавать собственные богатые энергией сложные структуры и поддерживать их целостность. Кроме того, за счет этой энергии организмы выполняют механическую работу при передвижении; она также дает возможность осуществлять перенос различных веществ через мембраны. Живые организмы никогда не бывают в состоянии равновесия - это касается как процессов, идущих в самих организмах, так и их взаимодействия с окружающей средой. Неживая материя, напротив, неспособна к целенаправленному использованию энергии для поддержания своей структуры и выполнения работы.
Рис. 1-1. Некоторые характерные особенности живой материи - «признаки жизни». А. Поперечный срез фотосинтезирующей клетки, на котором видна ее тонкая и сложная структура: темные образования - это хлоропласты, содержащие тысячи молекул хлорофилла, ориентированных так, чтобы они могли улавливать солнечную энергию. Б. Длинный хоботок бабочки бражника в результате длительной биологической эволюции оказался приспособленным к извлечению нектара из цветков с длинным раструбом. В. Дельфины, питающиеся мелкой рыбой, преобразуют химическую энергию пищевых продуктов в мощные импульсы мышечной энергии. Г. Биологическое сомовоспроизведение происходит с почти идеальной точностью.
Предоставленная самой себе, она постепенно разрушается и со временем переходит в неупорядоченное состояние; при этом устанавливается равновесие с окружающей средой.
Но самая поразительная особенность живых организмов - это их способность к точному самовоспроизведению - свойство, которое можно считать поистине квинтэссенцией живого состояния. Известные нам смеси веществ, входящие в состав неодушевленных предметов, не проявляют способности к росту и воспроизведению, обеспечивающему сохранение из поколения в поколение одинаковой формы, массы и внутренней структуры этих предметов.
