Особенности биологического уровня организации материи. Структурные уровни организации живой природы
Жизни как природному явлению присуща своя иерархия уровней организации, определенная упорядоченность, соподчиненность этих уровней. Открытие клетки как элемента живых структур и представление о системности, цельности этих структур стали основой последующего построения иерархии живого.
Мир живого чрезвычайно многообразен и имеет сложную структуру. Понятие «структурные уровни» организации живого предложили в 1920-е гг. американские философы Г. Браун, Ф. Солларс. Кроме различий по классам сложности и закономерности функционирования, они выдвинули идею иерархической соподчинённости уровней вхождения каждого последующего в предыдущий с образованием единого целого.
1. Молекулярно-генетический уровень.Отражает особенности химизма живого вещества, а также механизмы и процессы передачи генной информации.
Одним из величайших прорывов науки в познании структуры живой материи на молекулярно-генетическом уровне произошел 27 апреля 1953 г. Была опубликована статья Д. Уотсона (США), Ф. Крика (Анг.), раскрывающая структуру носителя наследственности всего живого на земле - молекулы ДНК. Самоудвоение и распределение хромосом при клеточном делении обеспечивает передачу наследственных свойств организма от поколения к поколению. Совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данной растительной или животной клетки, называется геномом.
2. Клеточный уровень живого. Отражают особенности специализации клеток, а также внутриклеточные структуры
Клетка является основной элементарной единицей жизни, способной к воспроизводству. Именно в ней протекают все главнейшие обменные процессы (биосинтез, энергетический обмен и др.).
Самыми ранними из возникших на Земле одноклеточных организмов были бактерии, не обладавшие ядром (прокариоты). Вероятно, они жили за счёт потребления органических соединений. Организмы, обладающие ядром (эукариоты), возникли позднее (1,5 млрд. лет назад). Первые жили в любой, даже бескислородной среде, а вторые - только в кислородной. Крупным шагом эволюции стало возникновение у организмов фотосинтеза. Этим обладали азотфиксирующие сине-зелёные водоросли, способные существовать в среде, полностью лишённой органических соединений. Автотрофное питание, развившееся посредством фотосинтеза, а также запас готовых питательных веществ в растительных тканях стали условиями для появления огромного разнообразия организмов.
3. Организменный уровень живых систем. Отражают признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых существ
Следующей после одноклеточных ступенью эволюции стало возникновение и совершенствование многоклеточного организма. На промежуточной стадии между многоклеточными организмами и примитивными многоклеточными возникли колониальные одноклеточные. При дальнейшем развитии произошла специализация клеток членов колонии по принципу разделения на осуществляющие функции питания и движения (жгутики) и служащие для размножения (генеративные). Последующая специализация потребовала образования центра координации, то есть нервного центра, возникает хорошо выраженная нервная система, одновременно совершенствующая способы полового размножения. Все многоклеточные делятся на 3 царства: грибы, растения, животные.
4. Популяционно-видовой уровень живого. Образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида
Во второй половине ХХ в. было признано, что элементарной единицей эволюции живого является популяция, то есть сообщество особей одного вида, населяющее определённую территорию.
Термин «популяция» (от лат. populis - народ, население) был введен датским генетиком В. Иогансоном для обозначения неоднородной в генетическом отношении группы особей в отличие от однородной, именуемой «чистая линия». Современное его толкование дали Н.С. Тимофеев-Ресовский, Н.Н. Воронцов, А.В. Яблоков. То есть популяция - это неразложимое на составные части эволюционное единство, способное к развитию во времени и пространстве, самовоспроизведению (посредством репродукции составляющих её отдельных особей) трансформации и изменению ареала. Популяционный уровень организации живого неразрывно связан с молекулярно-генетическим и биосферным и определяется ими в значительной степени, но также характеризуется и процессами, присущими только этому уровню.
Этот уровень характеризуется:
1) активной или пассивной подвижностью всех без исключения компонентов популяций. Отсюда периодическое или постоянное перемешивание особей популяции, которое становится более интенсивным при уменьшении территории и увеличении подвижности отдельных особей;
2) наличием популяций разных рангов и различных внутрипопуляционных группировок. Существуют как относительно независимые географические популяции, так и местные, или «экологические», популяции, из которых большинство представляют собой временные или сезонные группировки;
3) для популяций характерно совместное существование и функциональное единство, единообразие приспособлений к среде, морфо- физиологическая общность и генетическая индивидуальность;
4) пространственная структура популяций имеет определённый самостоятельный регуляторный биологический смысл, проявляющийся в том, что высокая численность особей и устойчивость достигаются только в тех популяциях, которые имеют сложную иерархически- пространственную структуру. Выпадение даже одного звена в виде одной или нескольких соподчинённых группировок популяции приводит к разрушению всей структуры, резкому падению плотности населения популяции и увеличению колебаний и численности особей;
5) характерная черта популяции - её неоднородность, или гетерогенность. Популяция выступает, как устойчивая и изменчивая целостность, одной из причин которой является мутационный процесс. Недостаточный размах изменчивости при быстром изменении среды может привести к вымиранию популяции. Чем сложнее и длиннее пищевые цепи, объединяющие компоненты системы, тем она устойчивее и жизнеспособнее.
4. Уровень биогеоценозов. Отражает структуры, состоящие из участков Земли с определенным составом живых и неживых компонентов, представляющих единый природный комплекс – экосистему.
5. Биосферный. Включает всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой.
Разделение живой материи на уровни является условным. Но все биологи согласны в том, что в мире живого существуют ступенчатые уровни, своего рода иерархии. Представление о них наглядно отражает системный подход в изучении природы.