Химические процессы, которые обеспечивают существование клетки, чрезвычайно сложны. Они тесно связаны между собой в единую систему обеспечения жизнедеятельности. Таким образом, клетка, в соответствии с клеточной теории, выступает как элементарная структурная и функциональная единица живого. Для понимания сути процессов развития, функционирования и экологии живых существ любого уровня организации необходимо изучение закономерностей строения и метаболизма их клеточных структур.
Биологическая организация
Биологическая организация - это иерархия сложных биологических структур и систем, которые определяют жизнь при помощи редукционистского подхода.
Традиционная иерархия, описанная ниже, простирается от атомов до биосфер. Более высокие уровни этой схемы часто упоминаются как концепция экологической организации или как полевая, иерархическая экология.
Каждый уровень в иерархии представляет собой увеличение организационной сложности, причем каждый «объект» данного уровня в основном состоит из базовой единицы предыдущего уровня. Основным принципом организации является концепция возникновения свойства и функции, найденных на иерархическом уровне, отсутствующих и неактуальных на более низких уровнях.
Биологическая организация жизни является фундаментальной предпосылкой для многочисленных областей научных исследований, особенно в области медицинских наук.
Уровни организации живой материи
Анализ особенностей строения и функционирования всей совокупности живых организмов дает возможность выделить различные уровни организации живых систем:
- Биосферный - биосфера, ноосфера, экосистемы, биомы, биогеоценозы
- Биогеоценотический - экосистемы, популяции
- Популяционный Популяции, трофические цепи
- Организменный - отдельные особи, группировки организмов
- Тканевый - нервная ткань, кровь, ксилема, флоэма
- Клеточный - растительные и животные клетки, одноклеточные организмы
- Молекулярный - белки, нуклеиновые кислоты, липиды, витамины, гормоны, неорганические соединения
Высокими уровнями организации живых систем является биосферный и биогеоценотический. Они являются главными объектами, которые подробно изучаются экологией. Стоит напомнить основные положения и термины, применяемые не только в данной области, но и в смежных биологических дисциплинах.
Более сложные схемы включают в себя гораздо больше уровней. Например, молекулу можно рассматривать как группировку элементов, а атом можно разделить на субатомные частицы (эти уровни не входят в сферу биологической организации).
Каждый уровень строения материи также может быть разбит на собственную иерархию, и конкретные типы этих биологических объектов могут иметь свою собственную иерархическую схему. Например, геномы можно далее подразделить на иерархию генов. Каждый уровень в иерархии может быть описан его более низкими уровнями. Например, организм может быть описан на любом из его компонентов, включая уровни атомного, молекулярного, клеточного, гистологического (тканевого), органного и органного систем. Кроме того, на каждом уровне иерархии появляются новые функции, необходимые для контроля жизни. Эти новые роли не являются функциями, которые способны использовать компоненты нижнего уровня и, таким образом, называются возникающими свойствами.
Биосфера
Научные положения о роли жизни в развитии планеты Земля были научно обоснованы выдающимся ученым В. И. Вернадским (1863-1945). В 1926 г. он разработал учение о биосфере и ноосфере. По мнению Вернадского, которое сейчас разделяют все, наряду с литосферой, гидросферой, атмосферой существует и биосфера.
Биосфера - это оболочка земного шара, в которой существует или существовала жизнь. В биосфере происходит преобразование солнечной энергии и накопление ее в органическом веществе.
Таким образом, биосфера в своей основе является продуктом взаимодействия живой и неживой природы. Миграция и превращения химических элементов на поверхности Земли, в почве, атмосфере и гидросфере происходят под действием живого вещества.
Составляющими элементарными единицами биосферы является экосистемы совокупности живых организмов на определенном участке, которые взаимодействуют с окружающей средой.
Биосфера в целом, как и отдельные экосистемы, включает в себя три основных компонента:
- Живое вещество - это совокупность живых организмов, которая определяется понятием биомассы.
- Биогенная вещество - это минеральные и органические продукты, созданные живым веществом.
- Биокостное вещество - это вещества, которые образуются в результате взаимоотношений живых организмов с неживой природой.
Живые организмы
Организмы классифицируются по таксономии в определенные группы, такие как многоклеточные животные, растения и грибы; или одноклеточные микроорганизмы, такие как протисты, бактерии и археи. Все типы организмов способны к размножению, росту и развитию, поддержанию и некоторой степени реакции на стимулы. Люди - многоклеточные животные, состоящие из многих триллионов клеток, которые дифференцируются во время развития в специализированные ткани и органы.
Все живые организмы, которые существуют на Земле, входят в состав различных экосистем. Занимая определенную экологическую нишу, растения, животные, грибы и микроорганизмы, связанные между собой трофическими связями, выполняют определенные экологические функции. По экологическим функциями живые организмы делятся на:
- Продуценты - это живые существа, способные превращать неорганические вещества в органические;
- Консументы - это живые организмы, которые превращают одни виды органических веществ в другие;
- Редуценты - организмы, которые разлагают органическое вещество до неорганического.
Таким образом, живые организмы, функционируя как биологические объекты, одновременно выполняют и определенные экологические функции. Именно живое вещество и является главной движущей силой преобразования вещества и энергии на Земле. Для того, чтобы управлять этими преобразованиями, их нужно понимать. Понимание экологических законов невозможно без понимания тех процессов, которые происходят в главных активных компонентах экосистемы - живых организмах.
