четвер, 6 вересня 2018 р.

Поняття про біологічну систему та екосистему.Рівні організації життя. Матеріал для учнів 10 класу.

Рівні організації біологічних систем

Природні системи складаються з величезної кількості різно організованих, взаємообумовлених і взаємозамінних компонентів, які об'єднані між собою безліччю прямих і зворотніх зв'язків.
Система - це сукупність структурних компонентів, між якими існує закономірний взаємозв'язок і взаємодія. Функція системи визначається як спосіб діяння системи та її структурних компонентів, спрямований на досягнення певного ефекту, або їх діяльність у процесі реалізації взаємозв'язків. За характером взаємодії з середовищем виділяють три види систем: відкриті - обмінюються з середовищем речовиною і енергією; закриті - обмінюються тільки енергією; ізольовані - не взаємодіють із середовищем.
Принцип ієрархічної організації систем полягає у тому, що будь-яка система представляє собою елемент системи більш високого рангу, і в свою чергу складається з елементів - підпорядкованих їй систем нижчого рангу.
Таким чином, світ живого організований у вигляді ланцюжка, що складається з ланок зростаючої складності. Ця послідовність починається з елементарних частинок, з яких складається атом, йде до молекул, клітин і поширюється до складних організмів і їх угруповань. Одиниці одного рівня організації є частинками, з яких утворюється наступний вищий рівень. Молекули, об'єднуючись, утворюють клітини, клітини утворюють тканини і органи, які в свою чергу утворюють багатоклітинний організм, організми утворюють надорганізмові системи: популяції, угруповання, екосистеми.
Кожен з рівнів організації має особливості, які лише частково можна пояснити, виходячи з особливостей нижчого рівня. Іншими словами, властивості цілого не дорівнюють сумі властивостей його частин. Ця закономірність відома як принцип емерджентності систем: при об'єднанні компонентів у більші функціональні одиниці виникають якісно нові (емерджентні) властивості, які неможливо передбачити, виходячи з властивостей компонентів. Отже, властивості системи певного рівня організації є сумою сукупних властивостей її компонентів і емерджентних властивостей, що виникають внаслідок взаємодії цих компонентів.
Життя як вища форма руху матерії реалізується в біологічних системах. Ознаки живого - подразливість, рухомість, ріст, розмноження, розвиток, спадковість, мінливість, обмін речовиною, енергією та інформацією - визначають властивості біологічних систем.
Біологічні системи - це системи, які складаються з живих компонентів. Біологічні системи включають:
1) живі організми і всі їх підсистеми;
2) всі системи, які є інтеграцією живих істот (популяції, види тощо);
3) всі системи, організаторами яких є живі організми, їх сукупності або жива речовина в цілому (екосистеми).
Загальними ознаками біологічних систем є перетворення енергії, обмін речовин, самоорганізація, самовідновлення і самозбереження. їх фундаментальні властивості - цілісність, динамічність і здатність до розвитку. Біологічні системи належать до відкритих систем - тобто обмінюються з середовищем речовиною і енергією, завдяки чому встановлюється єдність живого з середовищем.
Виділяють різноманітні рівні організації біосистем. Американський еколог Ю.Одум (1986) назвав послідовність цих рівнів "біологічним спектром" (рис.2.1). Екологія вивчає системи, розміщені в правій частині цього спектру, тобто системи від рівня організму і вище.
Спектр рівнів організації
Рис.2.1. Спектр рівнів організації (за Одумом)
Основні рівні організації біосистем
Рис.2.2. Основні рівні організації біосистем (за Голубцем)
За М. Голубцем (1982) основними рівнями організації біологічних систем є організмовий, популяційний, екосистемний (рис.2.2). У системах цих трьох рівнів організації відбуваються всі біотичні процеси: біохімічні, фізіологічні, біофізичні, біогеохімічні, біогеоценотичні тощо, які забезпечують існування живої речовини. Всі інші живі системи є підпорядкованими і неуніверсальними, це структурні ступені організації.

Організмовий рівень

Організми - це живі системи від одноклітинних до найвищих істот. Організми універсальні, самостійні, самовідтворювані й саморегульовані. їх найважливіша функція - розмноження. Підпорядкованими системами цього рівня є органи, тканини, клітини, органелли, макромолекули, гени, а також внутрішні системи організму (нервова, кровоносна, ендокринна тощо).

Популяційний рівень

Охоплює популяції живих істот - сукупності живих особин одного виду в межах певної території, де він розмножується і може практично необмежено довго існувати. Основна функція популяції - формування в певних екологічних умовах такого населення виду, котре за структурою і життєвими особливостями найбільше відповідає даному середовищу існування (припасоване до умов існування шляхом природного добору). Поняття "біологічний вид" з екологічної точки зору співрозмірне з поняттям "популяція", оскільки кожен вид у природі існує як сукупність популяцій. У свою чергу, види об'єднуються в таксономічні категорії вищого порядку - роди, родини, порядки, класи, відділи, типи і царства живих організмів.
Сукупність популяцій організмів різних видів, які співіснують у певній ділянці простору і взаємодіють між собою за допомогою структурних та функціональних зв'язків, називають біотичним угрупованням, або біоценозом. Виділяють угруповання рослин (фітоценоз), угруповання тварин (зооценоз), угруповання мікроорганізмів (мікробоценоз) та ін. Кожен біоценоз нерозривно пов'язаний з його абіотичним середовищем, утворюючи єдину систему - екосистему.

Екосистемний рівень

Включає екосистеми всіх ступенів складності. Системи цього рівня є функціональною єдністю живих і неживих компонентів, яка охоплена безперервним обміном речовиною, енергією та інформацією. Екосистеми забезпечують постійний функціональний зв'язок між живою та неживою природою, постійний рух речовини за біогеохімічними циклами і постійну трансформацію сонячної енергії у трофічних ланцюгах. їх основна функція - забезпечення постійного матеріально-енергетичного обміну з зовнішнім середовищем і між компонентами екосистеми.
Сукупність всіх екосистем планети створює гігантську глобальну екосистему - біосферу. Біосфера в цілому, як єдина і найбільша екосистема є предметом вивчення глобальної екології, або біосферології.

Екосистеми та їх місце в організації біосфери

Рівні організації органічного світу

Повітря і вода, рослинність і ґрунти, звірі й птахи та інші живі організми утворюють взаємозв'язану і взаємозумовлену світову біосферу, яка підтримує все живе і яка, незважаючи на могутню життєздатність, складається з тендітних і надто уразливих систем, рівновага в яких дуже легко порушується. Природні системи досить різноманітні, вони складаються з величезної кількості різно-організованих, взаємозумовлених і взаємозамінних компонентів, які об'єднані безліччю прямих і зворотних зв'язків. Незважаючи на те, що системи досить різноманітні, їм притаманний ряд спільних рис:
— система — це цілісний комплекс взаємозв'язаних елементів, але значно складніший, ніж просто сума елементів;
— система утворює особливу єдність з середовищем;
— будь-яка досліджувана система є елементом системи більш високого рангу;
— в свою чергу елементи будь-якої досліджуваної системи звичайно виступають як система нижчого рангу.
На думку багатьох вчених, світ організований у вигляді ланцюжка, що складається з ланок зростаючої складності.
Ця послідовність починається з елементарних частинок, з яких складається атом, йде до молекул, клітин і поширюється до складних індивідуумів (табл. 1.1).
Таблиця 1.1. Рівні організації органічного світу
Основна група Рівень
Біологічні мікросистеми молекулярний (молекулярно-генетнчний)
субклітинний
клітинний
Біологічні мезоснстеми тканинний
органний
організмовий
Біологічні макросистемы популяційно-видовий
біоцснотпчний
біосфериий (глобальний)
Одиниці одного рівня організації є частинками, з яких утворюється наступний вищий рівень. Молекули, об'єднуючись, утворюють клітини, клітини утворюють тканини і органи, які в свою чергу утворюють багатоклітинні організми, організми утворюють надорганізмові системи: види, популяції, біоценози, біогеоценози. Живе на нашій планеті — це окремі організми, особини. Кожен організм з однієї сторони складається з одиниць підпорядкованих йому рівнів організації (органів, клітин, молекул), з іншої — сам є одиницею, що входить до складу надорганізмових біологічних макросистем (популяцій, видів, біоценозів, екосистем, біосфери).
На всіх рівнях життя спостерігається певна впорядкованість, обмін речовин, енергії, інформації та ін. Завдяки обміну речовин та енергії встановлюється єдність живого з середовищем.

Поняття про екосистеми

Екосистема (біогеоценоз) — основна одиниця біосфери, яка є об'єктом вивчення екології. Цей термін запровадив англійський біолог А. Тенслі у 1935 році. Екосистема — це просторова система, що охоплює історично сформований комплекс живих істот, пов'язаних між собою трофічними зв'язками, та неживих компонентів середовища їх існування, які залучаються в процесі обміну речовин та енергії. У кожній екосистемі відбуваються кругообіг речовин та обмінні енергетичні процеси.
Кожна екосистема складається з біоценозу та біотопу.
Біотоп — це ділянка поверхні землі з більш-менш однотипними умовами існування (ґрунтом, мікрокліматом тощо).
Біоценоз — це історично сформована сукупність рослин, тварин та мікроорганізмів, що населяє біотоп. Відповідно до цього кожний біоценоз складається з фітоценозу (угруповання рослин), зооценозу (угруповання тварин) та мікробіоценозу (угруповання мікроорганізмів) (рис. 1.6).
Екосистема може бути різних розмірів і складності. Наприклад, можна говорити про екосистему лісу в цілому і про екосистему окремого пенька. Взаємодія організмів в екосистемі надзвичайно складна. Взаємодія біоценозів з біотопами відбувається через речовинно-енергетичний обмін. Для кожної екосистеми характерний свій біологічний кругообіг речо-
Схема будови біоценозу
Рис. 1.6. Схема будови біоценозу (за В.М. Сукачовим)
вин, який здійснюється внаслідок існування в екосистемах трофічних ланцюгів (ланцюгів живлення).
Наприклад, у водоймах фітопланктон поїдається зоопланктоном, останній — дрібною рибою, що є здобиччю великих риб — хижаків, які в свою чергу споживаються людиною. Мова йде про певні угруповання рослин, тварин і мікроорганізмів, які взаємодіють один з одним і з навколишнім середовищем. Дуже великі наземні екосистеми називають біомами. Наприклад, ліси помірного поясу, пустелі, хвойні ліси, савани тощо. Кожний біом включає в себе цілий ряд менших за розмірами взаємозв'язаних одна з одною екосистем. Одна з них може бути великою — площею декілька мільйонів квадратних кілометрів, інша може являти собою невелику галявину. Важливо те, що кожну екосистему можна визначити як більш-менш своєрідне угруповання рослин і тварин, які взаємодіють одне з одним і з довкіллям.
Структура екосистем. Щоб вияснити цілісність біосфери, необхідно з'ясувати, як вона функціонує. Оскільки вона складається з безлічі екосистем, необхідно знати їх структуру. У кожній екосистемі два основних компоненти: організми, з однієї сторони, і фактори неживої природи — з іншої. Таку сукупність організмів (рослин, тварин, мікроорганізмів) називають біотою (від лат. bio — життя) екосистеми. Шляхи взаємодії різних категорій організмів — це її біотична структура; неживі (хімічні і фізичні) фактори навколишнього середовища називають абіотичними.
Незважаючи на велику різноманітність екосистем — від пустель до тундри, всім їм, на думку екологів, властива приблизно однакова біотична структура. Іншими словами, всі вони містять одні й ті ж категорії організмів, які подібно взаємодіють у всіх екосистемах.*Це такі категорії: продуценти, консументи, редуценти.
Одна з причин, що викликає різноманітність екосистем (біоценозів) у природі, — це своєрідність абіотичних умов кожного регіону.
Таким чином, незважаючи на різноманітність екосистем, всі вони мають спільні риси. У кожній із них можна виділити фотосинтезуючі рослини — продуценти, різні типи консументів і редуцентів.
Важливим елементом біотичної структури екосистем є своєрідність ланцюгів живлення в кожній з них.

Немає коментарів:

Дописати коментар