Популяционно видовой уровень организации жизни определение. Определение жизни

Уровни организации органического мира – дискретные состояния биологических систем, характеризующиеся соподчиненностью, взаимосвязанностью, специфическими закономерностями.

Структурные уровни организации жизни чрезвычайно многообразны, но основными являются молекулярный, клеточный, онтогенетический, популяционно-видовой, бигиоценотический и биосферный.

1. Молекулярно-генетический уровень жизни. Важнейшими задачами биологии на этом этапе является изучение механизмов передачи генной информации, наследственности и изменчивости.

Существует несколько механизмов изменчивости на молекулярном уровне. Важнейшим из них является механизм мутации генов – непосредственное преобразование самих генов под воздействием внешних факторов. Факторами, вызывающими мутацию, являются: радиация, токсические химические соединения, вирусы.

Еще один механизм изменчивости – рекомбинация генов. Такой процесс имеет место при половом размножении у высших организмов. При этом не происходит изменения общего объема генетической информации.

Еще один механизм изменчивости был открыт лишь в 1950 –е гг. Это – неклассическая рекомбинация генов, при котором происходит общее увеличение объема генетической информации за счет включения в геном клетки новых генетических элементов. Чаще всего эти элементы привносятся в клетку вирусами.

2. Клеточный уровень. Сегодня наукой достоверно установлено, что наименьшей самостоятельной единицей строения, функционирования и развития живого организма является клетка, которая представляет собой элементарную биологическую систему, способную к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. Цитология – наука, изучающая живую клетку, ее строение, функционирование как элементарной живой системы, исследует функции отдельных клеточных компонентов, процесс воспроизводства клеток, приспособление к условиям среды и др. Также цитология исследует особенности специализированных клеток, становление их особых функций и развитие специфических клеточных структур. Таким образом, современная цитология была названа физиологией клетки.

Значительным продвижением в изучении клеток произошло в начале 19 века, было открыто и описано клеточное ядро. На основании этих исследований и была создана клеточная теория, ставшая величайшим событием в биологии 19 в. Именно эта теория послужила фундаментом для развития эмбриологии, физиологии, теории эволюции.

Важнейшая часть всех клеток – ядро, которое хранит и воспроизводит генетическую информацию, регулирует процессы обмена веществ в клетке.

Все клетки делятся на две группы:

· Прокариоты – клетки, лишенные ядра

· Эукариоты – клетки содержащие ядра

Изучая живую клетку, ученые обратили внимание на существование двух основных типов ее питания, что позволило все организмы разделить на два типа:

· Автотрофные – сами производят необходимые им питательные вещества

· Гетеротрофные – не могут обходиться без органической пищи.

Позднее были уточнены такие важные факторы, как способность организмов синтезировать необходимые вещества (витамины, гормоны), обеспечивать себя энергией, зависимость от экологической среды и др. Таким образом, сложный и дифференцированный характер связей свидетельствует о необходимости системного подхода к изучению жизни и на онтогенетическом уровне.

3. Онтогенетический уровень. Многоклеточные организмы. Этот уровень возник в результате формирования живых организмов. Основной единицей жизни выступает отдельная особь, а элементарным явлением – онтогенез. Изучением функционирования и развития многоклеточных живых организмов занимается физиология. Эта наука рассматривает механизмы действия различных функций живого организма, их связь между собой, регуляцию и приспособление к внешней среде, происхождение и становление в процессе эволюции и индивидуального развития особи. По сути дела это и есть процесс онтогенеза – развитие организма от рождения до смерти. При этом происходит рост, перемещение отдельных структур, дифференциация и усложнение организма.

Все многоклеточные организмы состоят из органов и тканей. Ткани – это группа физически объединенных клеток и межклеточных веществ для выполнения определенных функций. Их изучение является предметом гистологии.

Органы – это относительно крупные функциональные единицы, которые объединяют различные ткани в те или иные физиологические комплексы. В свою очередь органы входят в состав более крупных единиц – систем организма. Среди них выделяют нервную, пищеварительную, сердечнососудистую, дыхательную и другие системы. Внутренние органы есть только у животных.

4. Популяционно-биоценотический уровень. Это надорганизменный уровень жизни, основной единицей которого является популяция. В отличии от популяции видом называется совокупность особей, сходных по строению и физиологическим свойствам, имеющих общее происхождение, могущих свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство. Вид существует только через популяции, представляющие генетически открытые системы. Изучением популяций занимается популяционная биология.

Термин "популяция" был введен одним из основоположником генетики В. Иогансеном, который назвал так генетически неоднородную совокупность организмов. Позднее популяция стала считаться целостной системой, непрерывно взаимодействующей с окружающей средой. Именно популяции являются теми реальными системами, через которые существуют виды живых организмов.

Популяции – генетически открытые системы, так как изоляция популяций не абсолютна и периодически не бывает возможным обмен генетической информацией. Именно популяции выступают в качестве элементарных единиц эволюции, изменения их генофонда ведут к появлению новых видов.

Популяции, способны к самостоятельному существованию и трансформации, объединяются в совокупности следующего надорганизменного уровня – биоценозы. Биоценоз – совокупность популяций, проживающих на определенной территории.

Биоценоз представляет собой закрытую для чужих популяций систему, для составляющих его популяций – это открытая система.

5. Биогеоцетонический уровень. Биогеоценоз – устойчивая система, которая может существовать на протяжении длительного времени. Равновесие в живой системе динамично, т.е. представляет собой постоянное движение вокруг определенной точки устойчивости. Для ее стабильного функционирования необходимо наличие обратных связей между ее управляющей и исполняющей подсистемами. Такой способ поддержания динамического равновесия между различными элементами биогеоценоза, вызвано массовым размножением одних видов и сокращением или исчезновением других, приводящее к изменению качества окружающей среды, называют экологической катастрофой.

Биогеоценоз – это целостная саморегулирующаяся система, в которой выделяется несколько типов подсистем. Первичные системы – продуценты, непосредственно перерабатывающие неживую материю; консументы – вторичный уровень, на котором вещество и энергия получаются за счет использования продуцентов; затем идут консументы второго порядка. Также существуют падальщики и редуценты.

Через эти уровни в биогеоценозе проходит круговорот веществ: жизнь участвует в использовании, переработки и восстановлении различных структур. В биогеоценозе – однонаправленный энергетический поток. Это делает его незамкнутой системой, непрерывно связанной с соседними биогеоценозами.

Саморегуляция биогеоценлзов протекает тем успешнее, чем разнообразнее количество составляющих его элементов. От многообразия его компонентов зависит и устойчивость биогеоценозов. Выпадение одного или нескольких компонентов может привести к необратимому нарушению равновесия и гибели его как целостной системы.

6. Биосферный уровень. Это наивысший уровень организации жизни, охватывающий все явления жизни на нашей планете. Биосфера – это живое вещество планеты и преобразованная им окружающая среда. Биологический обмен веществ – это фактор, который объединяет все другие уровни организации жизни в одну биосферу. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле. Таким образом, биосфера является единой экологической системой. Изучение функционирования этой системы, ее строения и функций – важнейшая задача биологии на этом уровне жизни. Занимаются изучением этих проблем экология, биоценология и биогеохимия.

Разработка учения о биосфере неразрывно связана с именем выдающегося российского ученого В.И. Вернадского. Именно ему удалось доказать связь органического мира нашей планеты, выступающего в виде единого нераздельного целого, с геологическими процессами на Земле. Вернадский открыл и изучил биогеохимические функции живого вещества.



Всего их 8. Что лежит в основе деления живой природы на уровни? Дело в том, что на каждом уровне есть определенные свойства. Каждый следующий уровень обязательено содержит в себе предыдущий или все предыдущие. Давайте рассмотрим каждый уровень подробно:

1. Молекулярный уровень организации живой природы

· Органические и неорганические вещества,

· процессы синтеза и распада этих веществ,

· выделение и поглощение энергии

Это все химические процессы, которые происходят внутри любой живой системы. Этот уровень нельзя назвать "живым" на 100%. Это скорее "химический уровень" - поэтому он самый первый, самый низший из всех. Но именно этот уровень лег в основу деления Живой природы на царства - по запасному питательному веществу: у растений - углеводы, у грибов - хитин, у животных - белок.

· Биохимия

· Молекулярная биология

· Молекулярная генетика

2. Клеточный уровень организации живой природы

Включает в себя молекулярный уровень организации. На этом уровне уже появляется "мельчайшая неделимая биологическая система - клетка". Свой обмен веществ и энергии. Внутренняя организация клетки - ее органоиды. Жизненные процессы - зарождение, рост, самовоспроизведение (деление)

Науки, изучающие клеточный уровень организации:

· Цитология

· (Генетика)

· (Эмбриология)

В скобочках указаны науки, которые изучают этот уровень, но это не основной объект изучения.

3. Тканевый уровень организации

Включает в себя молекулярный и клеточный уровни. Этот уровень можно назвать "многоклеточным" - ведь ткань представляет собой совокупность клеток со сходным строением и выполняющих одинаковые функции.

Наука, изучающая тканевый уровень организации - гистология.

4. Органный уровень организации жизни

У одноклеточных организмов это органеллы - у каждой свое строение и свои функции

У многоклеточных организмов это органы, которые объединены в системы и четко взаимодействуют между собой

Эти два уровня - тканевый и органный - изучают науки:

· Ботаника - растения,

· зоология - животные,

· Анатомия - человек

· Физиология

· (медицина)

5. Организменный уровень

Включает в себя молекулярный, клеточный, тканевый уровни и органный.

На этом уровне уже живую природу делят на царства - растений, грибов и животных.

Свойства этого уровня:

· Обмен веществ (и на клеточном уровне тоже - видите, каждый уровень содержит в себе предыдущий!)

· Строение организма

· Питание

· Гомеостаз - постоянство внутренней среды

· Размножение

· Взаимодействие между организмами

· Взаимодействие с окружающей средой

· Анатомия

· Генетика

· Морфология

· Физиология

6. Популяционно-видовой уровень организации жизни

Включает в себя молекулярный, клеточный, тканевый уровни, органный и организменный.

Если несколько организмов схожи морфологически (проще говоря, одинаково устроены), и имеют одинаковый генотип, то они образуют один вид или популяцию.

Основные процессы на этом уровне:

· Взаимодействие организмов между собой (либо конкуренция, либо размножение)

· микроэволюция (изменение организма под действием внешних условий)

Науки, изучающие этот уровень:

· Генетика

· Эволюция

· Экология

7. Биогеоценотический уровень организации жизни (от слова биогеоценоз)

На этом уровне уже учитывается почти все:

Взаимодействие организмов между собой - пищевые цепи и сети

Взаимодействие организмов межу собой - конкуренция и размножение

Влияние окружающей среды на организмы и, соответственно, влияние организмов на среду их обитания

Наука, изучающая этот уровень - Экология.

8. Биосферный уровень организации живой природы (последний уровень - высший!)

Он включает в себя:

· Взаимодействие живых и неживых компонентов природы

· Биогеоценозы

· Влияние человека - "антропогенные факторы"

· Круговорот веществ в природе

И изучает все это - Экология!

О клетке в научном мире заговорили практически сразу после изобретения микроскопа.

Кстати, сейчас довольно много видов микроскопов:

Оптический микроскоп - максимально увеличение - ~2000 крат (можно рассмотреть некоторые микроорганизмы, клетки (растительные и животные), кристаллы и т.д.

Электронный микроскоп - увеличивает до до 106 раз. Можно уже изучать частицы как клетки, так и молекул - это уже уровень микроструктур

Первым ученым, который смог увидеть клетки (естественно, в микроскоп) был Роберт Гук (1665 г) - он изучал клеточное строение в основном растений.

А вот впервые об одноклеточных организмах - бактериях, инфузориях заговорил А. Ван Левенгук (1674 г)

Ла-Марк (1809 г) уже стал говорить о клеточной теории

Ну и уже в середине XIX века М.Шлейден и Т.Шванн сформулировали ту клеточную теорию, которая сейчас общепризнана во всем мире.

Клеточными являются все организмы, кроме вирусов

Клетка - элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов, обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. Все живые организмы либо, как многоклеточные животные, растения и грибы, состоят из множества клеток, либо, как многие простейшие и бактерии, являются одноклеточными организмами. Раздел биологии, занимающийся изучением строения и жизнедеятельности клеток, получил название цитологии. В последнее время принято также говорить о биологии клетки, или клеточной биологии.

Клетка - это мини-организм. У нее есть свои "органы" - органойды. Главный органойд клетки - это ядро. По этому признаку все живые организмы делятся на ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ ("карио" - ядро) - содержащие ядро и ПРОКАРИОТИЧЕСКИЕ ("про" -до) - доядерные (без ядра)

Положения клеточной теории Шлейдена-Шванна

1. Все животные и растения состоят из клеток.

2. Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток.

3. Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм - это совокупность клеток.

Основные положения современной клеточной теории

· Клетка - единица строения, жизнедеятельности, роста и развития живых организмов, вне клетки жизни нет.

· Клетка - единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определённое целостное образование.

· Ядро − главная составная часть клетки (эукариот).

· Новые клетки образуются только в результате деления исходных клеток.

· Клетки многоклеточных организмов образуют ткани, ткани образуют органы. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток.

Основные органойды клетки - это те компоненты, которые присущи всем клеткам живых организмов - "общий состав":

· ядро: ядрышко;ядерная оболочка;

· плазматическая мембрана;

· эндоплазматическая сеть;

· центриоль;

· комплекс Гольджи;

· лизосома;

· вакуоль;

· митохондрия.

Нуклеиновые кислоты содержатся в клетке абсолютно любого организма. Даже у вирусов.

"Нуклео" - "ядро" - в основном, содержатся в ядре клеток, но так же содержатся и в цитоплазме, и в других органойдах. Нуклиновые кислоты бывают двух типов: ДНК и РНК

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота

РНК - рибонуклеиновая кислота

Эти молекулы - полимеры, мономерами являются нуклеотиды - соединения, содержащие азотистые основания.

Нуклеотиды ДНК: А - аденин, Т - тимин, Ц - цитозин, Г - гуанин

Нуклеотиды РНК: А - аденин, У - урацил, Ц - цитозин, Г - гуанин

Как видите, в РНК тимина нет, его заменяет урацил - У

Помимо них, в состав нуклеотидов входят:

углеводы: дезоксирибоза - в ДНК, рибоза - в РНК. Фосфат и сахар - входят в состав обеих молекул

Это первичная структура молекул

Вторичная структура - это сама форма молекул. Днк - двойная спираль, РНК - "одинарная" длинная молекула.

Основные функции нуклеиновых кислот

Генетический код - это последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК. Это основа любого организма, по сути - это информация о самом организме (как у любого человека ФИО, идентифицирующее личность- это последовательность букв, или последовательность цифр - серия паспорта).

Так вот, основные функции нуклеиновых кислот - в хранении, реализации и передаче наследственной информации, "записанной" в молекулах в виде последовательности определенных нуклеотидов.

Деление клеток - часть процесса жизни абсолютно любого живого организма. Все новые клетки образуются из старых (материнских). Это одно из основных положений клеточной теории. Но существует несколько видов деления, которые напрямую зависят от природы этих клеток.

Деление прокариотических клеток

Чем отличается прокариотическая клетка от эукариотической? Самое главное отличие - отсутствие ядра (собственно поэтому так и называются). Отсутствие ядра означает, что ДНК просто находится в цитоплазме.

Процесс выглядит следующим образом:

репликация (удвоение) ДНК ---> клетка удлиняется ---> образуется поперечная перегородка ---> клетки разделяются и расходятся

Деление эукариотических клеток

Жизнь любой клетки состоит из 3 этапов: рост, подготовка к делению и, собственно, деление.

Как происходит подготовка к делению?

· Во-первых синтезируется белок,

· во-вторых, все важные компоненты клетки удваиваются, чтобы в каждой новой клетке был весь необходимый для жизни набор органелл.

· В третьих, удваивается молекула ДНК и каждая хромосома синтезирует себе копию. Удвоенная хромосома= 2 хроматиды (в каждой по молекуле ДНК).

Этот период подготовки к делкнию называется ИНТЕРФАЗА.

Материи - это условное обозначение, принятое для классификации всех живых организмов на нашей планете. Живая природа Земли поистине разнообразна. Организмы могут принимать различные размеры: начиная от простейших и одноклеточных микробов, переходя к многоклеточным существам, и заканчивая самыми крупными животными на земле - китами.

Эволюция на Земле происходила таким образом, что организмы развивались от простейших (в прямом смысле) к более сложным. Так, то возникая, то исчезая, новые виды совершенствовались в ходе эволюции, принимая все более причудливый облик.

Чтобы систематизировать это невероятное количество живых организмов, и были введены уровни организации живой материи. Дело в том, что, несмотря на различия во внешнем виде и в строении, все организмы живой природы имеют общие черты: они так или иначе состоят из молекул, имеют в своем составе повторяющиеся элементы, в том или ином смысле - общие функции органов; они питаются, размножаются, стареют и умирают. Иными словами, свойства живого организма, несмотря на внешние различия, схожи. Собственно, ориентируясь на эти данные, можно проследить, как проходила эволюция на нашей планете.

2. Надмолекулярный или субклеточный. Уровень, на котором происходит структуризация молекул в органоиды клетки: хромосомы, вакуоли, ядро и т. д.

3. Клеточный. На этом уровне материя представлена в виде элементарной функциональной единицы - клетки.

4. Органно-тканевой уровень. Именно на этом уровне образуются все органы и ткани живого организма вне зависимости от их сложности: головной мозг, язык, почка и др. При этом следует иметь в виду, что ткань - совокупность клеток, объединенных общим строением и функцией. Орган - часть организма, в «обязанности» которой входит выполнение четко определенной функции.

5. Онтогенетический или организменный уровень. На этом уровне различные по функциональности органы объединяются в целостный организм. Говоря иначе, этот уровень представлен уже целостным индивидом любого вида.

6. Популяционно-видовой. Организмы или индивиды, имеющие сходное строение, функции и схожий облик и тем самым относящиеся к одному виду, включаются в одну популяцию. В биологии под популяцией понимают совокупность всех особей данного вида. В свою очередь, все они образуют генетически единую и обособленную систему. Популяция обитает в определенном месте - ареале и, как правило, не пересекается с представителями других видов. Вид, в свою очередь, представляет собой совокупность всех популяций. Живые организмы могут скрещиваться и производить потомство лишь в рамках своего вида.

7. Биоценотический. Уровень, на котором живые организмы объединяются в биоценозы - совокупность всех популяций, проживающих на конкретной территории. Принадлежность к тому или иному виду в этом случае не имеет значения.

8. Биогеоценотический. Этот уровень обусловлен образованием биогеоценозов, то есть совокупности биоценоза и неживых факторов (почва, климатические условия) в той области, где биоценоз обитает.

9. Биосферный. Уровень, объединяющий все живые организмы на планете.

Таким образом, уровни организации живой материи включают в себя девять пунктов. Подобная классификация определяет существующую в современной науке систематизацию живых организмов.

Выделяют следующие уровни организации жизни: молекулярный, клеточный, органно-тканевой (иногда их разделяют), организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный. Живая природа представляет собой систему, а различные уровни ее организации формируют ее сложное иерархическое строение, когда нижележащие более простые уровни определяют свойства вышележащих.

Так сложные органические молекулы входят в состав клеток и определяют их строение и жизнедеятельность. У многоклеточных организмов клетки организованы в ткани, несколько тканей образуют орган. Многоклеточный организм состоит из систем органов, с другой стороны, организм сам является элементарной единицей популяции и биологического вида. Сообщество представляется собой взаимодействующие популяции разных видов. Сообщество и окружающая среда формируют биогеоценоз (экосистему). Совокупность экосистем планеты Земля образует ее биосферу.

На каждом уровне возникают новые свойства живого, отсутствующие на нижележащем уровне, выделяются свои элементарные явления и элементарные единицы. При этом во многом уровни отражают ход эволюционного процесса.

Выделение уровней удобно для изучения жизни как сложного природного явления.

Рассмотрим подробнее каждый уровень организации жизни.

Молекулярный уровень

Хотя молекулы состоят из атомов, отличие живой материи от неживой начинает проявляться только на уровне молекул. Только в состав живых организмов входит большое количество сложных органических веществ – биополимеров (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот). Однако молекулярный уровень организации живого включает и неорганические молекулы, входящие в клетки и играющие важную роль в их жизнедеятельности.

Функционирование биологических молекул лежит в основе живой системы. На молекулярном уровне жизни проявляется обмен веществ и превращение энергии как химические реакции, передача и изменение наследственной информации (редупликация и мутации), а также ряд других клеточных процессов. Иногда молекулярный уровень называют молекулярно-генетическим.

Клеточный уровень жизни

Именно клетка является структурной и функциональной единицей живого. Вне клетки жизни нет. Даже вирусы могут проявлять свойства живого, лишь оказавшись в клетке хозяина. Биополимеры в полной мере проявляют свою реакционную способность будучи организованы в клетку, которую можно рассматривать как сложную систему взаимосвязанных в первую очередь различными химическими реакциями молекул.

На этом клеточном уровне проявляется феномен жизни, сопрягаются механизмы передачи генетической информации и превращения веществ и энергии.

Органно-тканевой

Ткани есть только у многоклеточных организмов. Ткань представляет собой совокупность сходных по строению и функциям клеток.

Ткани образуются в процессе онтогенеза путем дифференцировки клеток имеющих одну и ту же генетическую информацию. На этом уровне происходит специализация клеток.

У растений и животных выделяют разные типы тканей. Так у растений это меристема, защитная, основная и проводящая ткани. У животных - эпителиальная, соединительная, мышечная и нервная. Ткани могут включать перечень подтканей.

Орган обычно состоит из нескольких тканей, объединенных между собой в структурно-функциональное единство.

Органы формируют системы органов, каждая из которых отвечает за важную для организма функцию.

Органный уровень у одноклеточных организмов представлен различными органеллами клетки, выполняющими функции переваривания, выделения, дыхания и др.

Организменный уровень организации живого

Наряду с клеточным на организменном (или онтогенетическом) уровне выделяются обособленной структурные единицы. Ткани и органы не могут жить независимо, организмы и клетки (если это одноклеточный организм) могут.

Многоклеточные организмы состоят из систем органов.

На организменном уровне проявляются такие явления жизни как размножение, онтогенез, обмен веществ, раздражимость, нервно-гуморальная регуляция, гомеостаз. Другими словами, его элементарные явления составляют закономерные изменения организма в индивидуальном развитии. Элементарной единицей является особь.

Популяционно-видовой

Организмы одного вида, объединенные общим местообитанием, формируют популяцию. Вид обычно состоит из множества популяций.

Популяции имеют общий генофонд. В пределах вида они могут обмениваться генами, т. е. являются генетически открытыми системами.

В популяциях происходят элементарные эволюционные явления, приводящие в конечном итоге к видообразованию. Живая природа может эволюционировать только в надорганизменных уровнях.

На этом уровне возникает потенциальное бессмертие живого.

Биогеоценотический уровень

Биогеоценоз представляет собой взаимодействующую совокупность организмов разных видов с различными факторами среды их обитания. Элементарные явления представлены вещественно-энергетическими круговоротами, обеспечиваемыми в первую очередь живыми организмами.

Роль биогеоценотического уровня состоит в образовании устойчивых сообществ организмов разных видов, приспособленных к совместному проживанию в определенной среде обитания.

Биосфера

Биосферный уровень организации жизни - это система высшего порядка жизни на Земле. Биосфера охватывает все проявления жизни на планете. На этом уровне происходит глобальный круговорот веществ и поток энергии (охватывающий все биогеоценозы).

Для живой природы нашей планеты характерно сложное, иерархическое соотношение уровней организации . Весь органический мир и окружающая среда образует биосферу, которая, в свою очередь состоит из биогеоценозов (экосистем) - территорий с характерными природными условиями и определёнными растительными и животными комплексами (биоценозами). Биоценозы образованы популяциями - группами растительных и животных организмов одного вида, живущими на определённой территории и способнымы к произведению. Популяции состоят из представителей конкретных видов (особей), способных свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство. Многоклеточные организмы состоят из органов и тканей, образованных клетками. Одноклеточные организмы и клетки образованы внутриклеточными структурами, которые состоят из молекул.

Исходя из этого, выделяют несколько уровней организации живой материи .

Для каждого уровня организации живых организмов характерны свои закономерности, связанные со своими конкретными принципами организации, особенностями взаимоотношения с другими уровнями.

Общая биология изучает основные закономерности жизненных явлений, которые происходят на различных уровнях организации живого. Рассмотрение организации живой материи начинается из выяснения строения и свойств сложных органических молекул. Клетки многоклеточных организмов входят в состав тканей, две или несколько тканей формируют орган. Многоклеточный организм имеет сложное строение, который состоит из тканей и органов, в то же время есть элементарной единицей биологического вида. Взаимодействуя между собой виды составляют сообщество, или экологическую систему, которая, в свою очередь, является одним из компонентов биосферы.

Каждый уровень организации организмов изучают соответствующие отрасли биологии.

Молекулярный уровень

Замечание 1

Любая живая система, как бы сложно она не была организована,определяется на уровне функционирования биологических макромолекул - биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а так же иных важных органических веществ. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и т. п.

Молекулярная биология, молекулярная генетика, физиология, цитохимия, биохимия, биофизика, определённые разделы вирусологии, микробиологии изучают физико-химические процессы, происходящие в живом организме (синтез, разложение и взаимные преобразования белков, нуклеиновых кислот, полисахариды, липидов и других веществ в клетке; обмен веществ, энергии и информации, которые регулируют эти процессы).

Такие исследования живых систем показали, что они состоят из низко- и высокомолекулярных органических соединений, которые в неживой природе практически невозможно обнаружить. Для живых организмов наиболее характерны такие биополимеры, как белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды (жироподобные соединения) и составляющие их молекул (аминокислоты, нуклеотиды, моносахариды, жирные кислоты). Так же, на этом уровне изучается синтез, распад и взаимные преобразования этих соединений в клетках, обмен веществ, энергии и информации, регуляция данных процессов.

В результате подобных исследований было выяснено, что важнейшая особенность основных путей обмена - действие биологических катализаторов - ферментов (соединений белковой природы), которые строго избирательно влияют на скорость химических реакций. Так же изучено строение некоторых аминокислот, ряда белков и многих простых органических соединений. Установлено, что химическая энергия, которая освобождается в ходе биологического окисления (процессы дыхания, гликолиза), запасается в виде богатых на энергию соединений (в основном - аденозинфосфорные кислоты АТФ, АДФ и др.), а потом используется в процессах, которые требуют поступления энергии (мышечные сокращения, синтез и транспорт веществ). Крупным успехом стало открытие генетического кода. Выяснено, что закодированная в ДНК наследственность через белки-ферменты контролирует как структурные белки, так и все основные свойства клеток и организма в целом.

Исследования на молекулярном уровне требуют выделения и изучения всех видов молекул, входящих в состав клетки, раскрытия их взаимосвязи между собой.

Используемые методы исследования на молекулярном уровне:

• электрофорез (для разделения макромолекул с использованием их различия в зарядах);
• ультрацентрифугирование (для разделения макромолекул с использованием их различия в плотности и размерах);
• хроматография (для разделения макромолекул с использованием их различия в адсорбционных свойствах);
• рентгеноструктурный анализ (изучают взаимное пространственное расположение атомов в сложных молекулах);
• радиоизотопы (исследование путей превращения веществ, скорости их синтеза и распада);
• искусственное моделирование систем из выделенных клеточных элементов (воспроизведение процессов, идущих в клетке - все биохимические процессы в клетке происходят не в однородной смеси веществ, а на определённых клеточных структурах).

Клеточный уровень

На клеточном уровне цитология, гистология, и их отделы (кариология, цито- и гистохимия, цитофизиология, цитогенетика), многие разделы физиологии, микробиологии и вирусологии изучают строение клетки и внутренних клеточных компонентов, а также связи и отношения между клетками в тканях и органах организма. Свободноживущих неклеточных форм жизни не существует.

Клетка - основная самостоятельная функциональная и структурная единица многоклеточного организма. Существуют одноклеточные организмы (водоросли, грибы, простейшие, бактерии). Также клетка есть единицей развития всех живых организмов, которые существуют на Земле. Свойства клетки определяются её компонентами, осуществляющими различные функции.

Благодаря исследованиям на клеточном уровне изучены основные компоненты клетки, строение клеток и тканей, их изменения в процессе развития.

Методы исследования на клеточном уровне:

• микроскопия (световой микроскоп позволяет видеть объекты до 1 мкм);
• цветные гистохимические реакции (выявление локализации в клетке различных химических веществ и ферментов);
• авторадиография (выявление в клетке мест синтеза макромолекул);
• электронная микроскопия (различение структур вплоть до макромолекул, хотя описание их строения часто затруднительно из-за недостаточной контрастности изображения);
• центрифугирование (изучение функций внутриклеточных компонентов - их выделяют из разрушенных (гомогенизированных) клеток);
• культура тканей (исследование свойств клеток);
• микрохирургия (обмен ядрами между клетками, слияние (гибридизация) клеток.

Тканевый уровень

Ткань есть совокупностью сходных за строением клеток, объединённых исполнением общей функции. Сотни разнообразных клеток входят в составляют тело разнообразных многоклеточных организмов. Разнообразные клетки животных образуют $4$ типа тканей: нервную, соединительную, эпителиальную и мышечную. У растений различают образующие и постоянные ткани. К постоянным тканям относятся покровные, проводящие, механические и основная ткань.

Органный уровень

Определение 2

Органы - это высокодефференциированные части тела, которые размещены в определённом месте и исполняют специальные функции. Это структурно - функциональные объединения нескольких типов тканей. Они образуются в процессе развития из клеток различных тканей.

Группы разных органов коллективно функционируют для исполнения общей для организма функции. У человека есть такие системы органов: пищеварительная, дыхательная, сердечно - сосудистая, нервная, секреторная, выделительная, репродуктивная, Эндокринная, мышечная, скелетная и система покровных тканей. Каждый отдельный орган системы исполняет конкретную функцию, но все вместе работают как одна «команда», обеспечивая максимальную эффективность всей системы. Все системы органов функционируют во взаимосвязи и регулируются нервной и эндокринной системами. Нарушение функционирования любого органа приводит к патологии всей системы и даже организма.

Организменный уровень

Физиология (растений и животных, высшей нервной деятельности), экспериментальная морфология, эндокринология, эмбриология, иммунология, а также ещё рад других биологических отраслей изучают процессы и явления, происходящие в особи, и согласованное функционирование её органов и систем.

На этом уровне для создания общей теории онтогенеза проводятся исследования, направленные на раскрытие причинных механизмов становления биологической организации, её дифференцировки и интеграции, реализации генетической информации в онтогенезе. Также изучаются механизмы работы органов и их систем, их роль в жизнедеятельности организма, взаимные влияния органов, нервную и гуморальную регуляцию их функций, поведение животных, приспособительные изменения и др.

На этом уровне изучаются также механизм работы органов и систем, их роль в жизнедеятельности организма, взаимоотношения органов, поведение организмов, приспособительные изменения.

В данный момент применяются методы исследования:

• электрофизиологические (состоят в отведении, усилении и регистрации биоэлектрических потенциалов);
• биохимические (проводится изучение эндокринной регуляции - выделение и очистка гормонов, синтез их аналогов, изучение биосинтеза и механизмов действия гормонов);
• кибернетические (исследование ВНД животных и человека методом моделирования);
• экспериментальные (выработка условных рефлексов, постановка задач).

Популяционно - видовой уровень

Определение 3

Определённые отрасли биологии (морфология, физиология, генетика, экология) изучают элементарную единицу эволюционного процесса - популяцию - совокупность особей одного вида, населяющих определённую территорию, более или менее изолированную от соседних групп.

Изучение состава и динамики популяции неразрывно связано с молекулярным, клеточным и организменным уровнями.

Методами исследования являются методы тех наук, которые изучают конкретно поставленные на этом уровне вопросы:

• генетические методы - характер распределения наследственных особенностей в популяциях;
• морфологические
• физиологические
• экологические.

Популяция и вид как целое могут служить объектами исследования самых разных биологических отраслей.

Биогеоценотический, или биосферный, уровень

Определение 4

Биогеоценология, экология, биогеохимия и другие отрасли биологии изучают процессы, происходящие в биогеоценозах (экосистемах) - элементарных структурных и функциональных единицах биосферы.

На этом уровне ведутся комплексные исследования, охватывающие взаимоотношения биотических и абиотических компонентов, которые входят в состав биогеоценоза; изучается движение живого вещества в биосфере, пути и закономерности протекания энергетических кругооборотов. Такой подход даёт возможность предвидеть последствия хозяйственной деятельности человека и в форме международной программы «Человек и биосфера» координировать усилия биологов многих стран.

Важное практическое значение имеет изучение биологической продуктивности биогеоценозов (утилизации энергии солнечной радиации путём фотосинтеза и использования гетеротрофными организмами энергии, запасённой автотрофами).

Замечание 2

Необходимость детального изучения биосферного уровня организации живого обусловливается тем, что биогеоценозы - среда, в которой протекают любые жизненные процессы на нашей планете.