Лекция 3. Биота биосферы План

1. Уровни организации живой материи. Основные свойства живых систем.

2. Структура и динамика численности популяции

3. Состав и функциональная структура экосистемы

4. Главные функции биосферы

5. Роль биты в регуляции окружающей среды

6. Основные этапы эволюции биосферы

3.1. Уровни организации живой материи

Уровень организации живой материи – это функциональное место биологической структуры в общей иерархии живого.

1.Молекулярный. На этом уровне проявляются обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации.

2.Клеточный. Клетка – элементарная структурная и функциональная единица живого.

Разделяют неклеточные и клеточные формы. Неклеточные (доклеточные) – вирусы. Клеточные включают два надцарства: прокариоты (бактерии, архебактерии, цианобактерии или синезеленые водоросли) и эукариоты (ядерные) – животные, растения, грибы

3.Тканевый. Ткань – совокупность структурно сходных клеток, а также связанных с ними межклеточных веществ, объединенных выполнением определенных функций.

4.Органный. Орган – часть многоклеточного организма, выполняющего определенную функцию.

5.Организменный. Организм – реальный носитель жизни, характеризующийся всеми ее признаками.

6.Популяционно-видовой. Популяция – совокупность особей одного вида, образующих обособленную генетическую систему и населяющих пространство с относительно однородными условиями обитания. Вид – совокупность популяций, особи которых способны к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и занимают определенную область географического пространства (ареал).

7.Биоценотический. Биоценоз – совокупность организмов разных видов различной сложности организации, обитающих на определенной территории. С абиотическими факторами среды – биогеоценоз.

8.Биосферный. Биосфера – оболочка Земли, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов.

Следует отметить, что предсказать свойства каждого следующего свойства на основе свойств предыдущих уровней невозможно, также как нельзя предсказать свойства воды, исходя из свойств кислорода и водорода. Такое явление носит название эмерджентность, т.е наличие у системы особых, качественно новых свойств, не присущих сумме свойств ее отдельных компонентов.

3.1. Основные свойства живых систем

Основные свойства живых систем – структурная организация, способность к самовоспроизведению и самосборке, обмен веществ и энергии, раздражимость, поддержание постоянства внутренней среды, способность к адаптации.

Живой может быть названа динамическая система, которая активно воспринимает и преобразует молекулярную и сигнальную информацию с целью самосохранения. Информация возникает в результате взаимодействия потока энергии с материализованной программой. Программы могут создавать только биологические системы.

Активное восприятие означает опережающее реагирование на внешнее воздействие и связанное с ним изменение системы. В биологии это называется раздражимостью.

Сохранительное реагирование – избегание неблагоприятного воздействия, оборонительная реакция, регенерация, самовоспроизведение. Для восприятия и преобразования сигналов, обеспечивающих реакции и самовоспроизведение системы, необходимы следующие условия:

1.Система должна иметь относительно устойчивую структурную организацию. Основа ее – строение биологических макромолекул, надмолекулярное устройство клеток и клеточное строение многоклеточных организмов.

2. Наличие запаса концентрированной энергии, которая используется для восприятия сигналов, реагирования на них и сохранения структуры. В живых системах эта энергия заключена в определенных химических связях органических молекул.

3. Для освобождения энергии в биосистеме и обращения ее в физиологическую работу нужны вещества, которые снижают потенциальные барьеры химических реакций (катализаторы), это – ферменты.

4. В структурах, выполняющих информационную функцию, закодированы программы считывания и реализации информации. Существует два рода таких программ: 1)программы воспроизведения (генетическая память), они закодированы в молекулярной структуре нуклеиновых кислот – ДНК и РНК; 2)программы оперативного реагирования – индивидуального поведения (сигнальная память), они записаны в системах рефлекторных структур.

5. Поскольку большинство сигналов в живой системе передается особыми молекулами, воспринимающими их клеточные структуры – рецепторы – обладают свойством молекулярного узнавания. На молекулярном узнавании основаны важнейшие биологические процессы: активность ферментов, репликация ДНК, биосинтез белка, самосборка надмолекулярных структур, реакция антиген – антитело, химическая рецепция (вкус, обоняние) и др.

6. В живой системе расходуется энергоносители и каркасные структуры, для их возобновления необходим приток веществ и энергии из окружающей среды – питание. В процессах метаболизма – обмена веществ и энергии внутри биосистемы объединены и уравновешены процессы анаболизма (ассимиляции, синтеза веществ) и катаболизма (диссимиляции, распада сложных соединений на простые с освобождением энергии.

7. Существование во времени живой системы ограничивает накопление необратимых структурных изменений. Поэтому клетка и организм стремятся к самовоспроизведению, не ожидая, пока возникнет угроза жизни. Наличие программы воспроизведения в виде ДНК и ее большая стабильность по сравнению с другими структурами биологической системы обуславливают свойство наследственности. Наследственность не абсолютна, она так же как живая система в целом, обладает изменчивостью под влиянием случайных изменений в генетическом аппарате – мутаций.

8. Наследуемые изменения и их отбор под действием факторов среды обуславливает генетические адаптации, видообразование и увеличение биологического разнообразия. Разнообразие видов обеспечивает сохранение жизни за счет форм, лучше приспособленных к новым условиям – биологическая эволюция.

Эти свойства лежат в основе единства и разнообразия живых систем. В живой природе бесконечное разнообразие возникает на основе сочетания структурных единиц. Только 6 химических элементов О,Н,С,N,S,Р – биогенных почти 99% состава органики всех живых существ – от вируса до человека. Их соединения образуют несколько десятков природных Мономеров – аминокислот, нуклеотидов, сахаров и других органических веществ, различные сочетания которых дают огромное число индивидуальных биополимеров. В настоящее время идентифицировано более 1,7 млн видов организмов, но фактическое число – в 3…5 раз больше. Число атомов во Вселенной имеет порядок 10⁸⁰. Таким образом, реализована ничтожная часть возможных комбинаций. Каждый биологический вид, каждое живое существо уникально.