Реферат на тему «Уровни организации живой материи. Таблица»

Введение

Кусочек кожи на ладони, если посмотреть на него под микроскопом, окажется сотнями тесно уложенных клеток, а каждая клетка в свою очередь состоит из органоидов и молекул. Сама ладонь при этом часть руки, рука часть организма, а человек часть популяции и большой экосистемы города. Биологи давно заметили, что жизнь устроена как матрёшка, и придумали для этого понятие уровней организации живой материи.

В школьных учебниках общей биологии, например у В. В. Пасечника и Д. К. Беляева, с этой темы начинается курс 10–11 класса, и почти всегда к ней прилагается таблица. Таблицу эту обычно просят выучить, но без примеров она быстро забывается, а уровни путаются, особенно тканевый с органным и популяционный с биогеоценотическим.

В реферате я хотел разобраться, какие уровни выделяют биологи, чем они отличаются и как связаны между собой. В открытой части речь идёт о самих уровнях и о примерах организмов и структур на каждом из них, а дальше о сравнении их характеристик и о взаимосвязях.

Кроме школьных учебников, пригодились трёхтомная «Биология» Грина, Стаута и Тейлора, «Молекулярная биология клетки» Альбертса и книга В. И. Вернадского «Биосфера» 1926 года, с которой, по сути, и началось изучение высшего уровня. Уровни сведены в таблицу, а на рисунке сравниваются размеры структур, чтобы был виден масштаб.

Глава 1. Уровни организации живой материи

1.1 Основные уровни организации

Сколько всего уровней, в разных книгах написано по-разному. Чаще всего их восемь: молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный. Иногда тканевый и органный объединяют, иногда добавляют субклеточный, но по смыслу картина везде одна: каждый следующий уровень складывается из объектов предыдущего и получает новые свойства, которых у частей по отдельности не было.

Таблица 1 — Уровни организации живой материи

Молекулярный уровень считается самым нижним, и здесь ещё нет жизни в полном смысле слова, отдельная молекула белка не дышит и не размножается, но без неё ничего живого не бывает. Самое знаменитое открытие этого уровня сделано в 1953 году, когда Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик предложили модель двойной спирали ДНК, опираясь на рентгеновские снимки Розалинд Франклин.

С клеточного уровня начинается собственно жизнь. Клетки первым увидел Роберт Гук в 1665 году, разглядывая под микроскопом срез пробки, правда, видел он только пустые стенки мёртвых клеток. Клеточную теорию через два века сформулировали Маттиас Шлейден и Теодор Шванн, в 1838–1839 годах, и с тех пор клетку считают элементарной единицей живого.

Для одноклеточных, вроде амёбы или инфузории-туфельки, клеточный уровень совпадает с организменным. У многоклеточных же клетки объединяются в ткани. У животных обычно выделяют четыре типа тканей (эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную), у растений своих тканей больше, в том числе покровные, проводящие и образовательные.

Ткани образуют органы, а органы складываются в системы, например в пищеварительную или кровеносную. На организменном уровне все они работают согласованно, и возникает то, чего нет ни у одного органа отдельно: организм растёт, размножается, реагирует на среду как единое целое. В теле человека, по одной из часто цитируемых оценок 2013 года, около 37 триллионов клеток, и все они в итоге работают на одну цель.

Выше организма жизнь уже не помещается в одно тело. Лоси, которые десятилетиями бродят по одному лесному массиву и встречаются там друг с другом, образуют популяцию, и как раз на этом уровне, а не внутри отдельного лося, идёт эволюция. Сам лось за жизнь не меняется, он либо оставит потомство, либо нет, а вот доля тех или иных признаков в популяции от поколения к поколению сдвигается.

Лоси, осины, которые они обгладывают, волки, грибы в подстилке и сама почва с ручьём вместе дают биогеоценоз. Слово придумал в 1940-е годы ботаник Владимир Николаевич Сукачёв, а англичане ещё в 1935-м называли похожую вещь экосистемой, по Артуру Тенсли. В российских учебниках встречаются оба термина, и учителя обычно не придираются, если их путают.

Наверху всего стоит биосфера, то есть вся живая оболочка планеты вместе с тем, что жизнь изменила: атмосферой с её кислородом, почвами, известняками из раковин. Вернадский в «Биосфере» писал о живом веществе как о геологической силе, и в 1926 году это звучало смело, а сейчас, когда обсуждают климат и углекислый газ, кажется почти очевидным.

1.2 Примеры организмов на разных уровнях

Таблица хороша, но запомнить её проще на одном живом примере, скажем на берёзе с ближайшей опушки. В листьях берёзы хлорофилл ловит свет, это молекулярный уровень. Клетки мякоти листа проводят фотосинтез, ткани (покровная, основная, проводящая) вместе образуют лист как орган, а листья, корни, ствол и ветки и есть целое дерево.

Если отойти дальше, берёза окажется частью популяции берёз этой опушки, которые опыляют друг друга пыльцой. Вместе с соснами, черникой, мхами, жуками, грибами и почвой она входит в биогеоценоз смешанного леса. А кислород, который она выделила утром, к вечеру может уже оказаться в другом полушарии, и это уровень биосферы.

С животными картина похожая, хотя и не совсем. У человека, например, хорошо видны тканевый и органный уровни: гистологи изучают нервную ткань, анатомы сердце, физиологи работу всей кровеносной системы. А вот с популяционным уровнем у человека сложнее, потому что люди давно живут не изолированными группами, и понятие популяции для них используют в основном в генетике и медицине.

Полезно сравнить и масштаб структур: на рисунке 1 сравниваются размеры структур разных уровней в микрометрах, то есть в тысячных долях миллиметра. Рибосома, на которой собираются белки, имеет около 25 нанометров в поперечнике, обычная кишечная палочка длиной около двух микрометров, эритроцит около семи с половиной, а яйцеклетка человека, одна из самых крупных клеток тела, около 120 микрометров, и её даже можно разглядеть без микроскопа как крошечную точку.

Яйцеклетка на рисунке больше рибосомы почти в пять тысяч раз, хотя обе относятся к одной клетке, если считать рибосому её частью. На следующих уровнях разрыв только растёт: сердце взрослого человека размером примерно с кулак, лось в холке около двух метров, а ельник может тянуться на десятки километров. Неудивительно, что каждый уровень изучают своими инструментами, от электронного микроскопа и центрифуги до рулетки, бинокля и спутниковых снимков.

С вирусами таблица вообще не дружит. У них нет клеток, только нуклеиновая кислота в белковой оболочке, а размножаться они могут лишь внутри чужой клетки, используя её рибосомы. В одних учебниках вирусы называют неклеточной формой жизни, в других честно пишут, что спор о том, живые они или нет, не закончен, и в таблицу уровней их обычно просто не вносят.

Вольвокс, зелёная водоросль из прудов, тоже ставит в тупик. Это шарик из нескольких тысяч клеток, которые плавают вместе, гребут жгутиками согласованно, а размножаются только некоторые из них. Одноклеточный это организм или многоклеточный, биологи спорят давно, и чаще всего называют его переходной формой, на которой видно, как в эволюции мог появиться тканевый уровень.

Похожая неясность есть у лишайников, которые на самом деле союз гриба и водоросли (или цианобактерии). По внешнему виду лишайник выглядит как один организм, растёт на камнях и коре деревьев, а под микроскопом оказывается сообществом из двух разных существ. Где тут организменный уровень, а где уже сообщество, зависит от того, как посмотреть.

Вторая глава посвящена тому, чем уровни отличаются друг от друга по своим свойствам и как перемены на одном из них, например загрязнение воды или гибель одного вида, отзываются на остальных.