Підручник з Біології і екології. 10 клас. Остапченко - Нова програма

§ 2. РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ ТА ЇХНІЙ ВЗАЄМОЗВ’ЯЗОК

Пригадайте гіпотези походження життя на нашій планеті. Що таке популяція, екосистема, колообіг речовин? Які сполуки називають ферментами (ензимами)? Які їхні властивості? Що таке мікроеволюція, видоутворення та макроеволюція?

Рівні організації живої матерії та їхній взаємозв’язок. Ви вже знаєте, що жива матерія може перебувати на різних рівнях організації, які поступово сформувалися у процесі еволюції живої матерії: від простих — до складніших (мал. 2.1).

Еволюція — це процес історичного розвитку живої природи, під час якого змінювався генофонд популяцій, формувалися адаптації до середовища життя, виникали нові види та систематичні одиниці вищого рангу, натомість вимирали деякі старі, які виявилися нездатними пристосуватися до змін, що відбувалися, змінювалися як окремі екосистеми, так і біосфера в цілому.

Достеменно не відомо, як саме виникло життя на нашій планеті. Згідно з абіогенною гіпотезою походження життя (пригадайте, на чому ґрунтується ця гіпотеза), перші молекули органічних сполук утворилися з неорганічних. У сучасній науці відома гіпотеза світу РНК. Уперше її запропонував К. Воуз, а згодом розвинули Л. Орджел і В. Гілберт (мал. 2.2).

Гіпотеза світу РНК ґрунтується на тому, що молекули РНК здатні не тільки зберігати спадкову інформацію, а й виконувати функції ферментів. Молекули РНК, які мають каталітичну функцію, називають рибозимами. Вони можуть забезпечувати розщеплення власних молекул або інших молекул РНК, беруть участь в утворенні пептидних зв’язків у молекулах білків. На базі скупчень молекул РНК, що виникли на певному етапі розвитку нашої планети, могли сформуватись асоціації молекул РНК, ДНК і білків. На ранніх етапах зародження життя на Землі молекули РНК могли існувати автономно завдяки здатності до самоподвоєння та каталітичним властивостям. Нові мутації могли спричинити появу молекул РНК, здатних каталізувати біосинтез певних білкових молекул. Поява молекул ДНК забезпечила здійснення ними функцій спеціалізованих «зберігачів» спадкової інформації. Натомість за молекулами РНК залишилися функції посередників між ДНК і молекулами білків, що синтезуються.

Мал. 2.1. Рівні організації живої матерії

Запам'ятаємо

Світ РНК — гіпотетичний етап виникнення і розвитку життя на нашій планеті, пов'язаний з тим, що функцію збереження спадкової інформації та каталізу первинних хімічних реакцій здійснювали групи молекул РНК.

• Отже, першими біологічними системами на нашій планеті могли бути молекули РНК, а згодом — ДНК і білки. Так виник молекулярний рівень організації живої матерії (див. мал. 2.1). Він є складовою всіх наступних, складніших рівнів. Елементарними біологічними системами, які перебувають на молекулярному рівні, є неклітинні форми життя: віруси, віроїди. На молекулярному рівні відбуваються біохімічні процеси та перетворення енергії в біологічних системах, а також кодується, зберігається, змінюється і реалізується спадкова інформація.

Мал. 2.2. Учені, які запропонували та підтримали гіпотезу світу РНК: 1. Американський мікробіолог Карл Річард Воуз (1928—2012); 2. Британський хімік Леслі Ілізер Орджел (1927—2007); 3. Волтер Гілберт (нар. 1932), американський фізик, біохімік, молекулярний біолог, лауреат Нобелівської премії з хімії

Біологічною системою називають ціле, що складається з окремих взаємопов’язаних частин живих систем, які здатні взаємодіяти між собою.

• Первинні асоціації молекул РНК, ДНК і білків могли відокремлюватися біологічними мембранами від зовнішнього середовища. Так могли виникнути первинні клітини (слід зазначити, що експериментально цей імовірний етап еволюції життя на нашій планеті досі не доведено). Тим самим сформувався наступний, складніший клітинний рівень організації живої матерії (див. мал. 2.1). Ви знаєте, що клітина — це складна біологічна система, здатна до самостійного функціонування, самооновлення та самовідтворення. В одноклітинних організмів окрема клітина функціонує як цілісний інтегрований організм (мал. 2.3).

Мал. 2.3. Приклади одноклітинних організмів: 1 — клітина бактерії (чумної палички); 2 — зелена водорість хламідомонада; 3 — одноклітинний гетеротрофний еукаріотичний організм — інфузорія-туфелька; 4 — цвілевий гриб мукор (є багатоядерною розгалуженою клітиною)

Клітина є елементарною одиницею будови, функціонування і розвитку живої матерії.

• У процесі еволюції будова клітин ускладнювалася: від прокаріотичних до еукаріотичних. Виникли багатоклітинні організми (деякі ціанобактерії, більшість рослин, тварин, грибів). Так сформувався організмовий рівень організації живої матерії (див. мал. 2.1). У багатьох багатоклітинних організмів під час індивідуального розвитку клітини спеціалізуються за будовою та виконуваними функціями (диференціюються), часто формуючи тканини. З тканин формуються органи. Різні органи взаємодіють між собою в процесі обміну речовин і перетворення енергії, формуючи системи органів. Досконалі регуляторні системи забезпечують функціонування багатоклітинного організму як цілісної інтегрованої біологічної системи. Оскільки в одноклітинних організмів організмовий рівень організації збігається з клітинним, будова їхньої клітини складніша, ніж будова клітин, які входять до складу тваринних або рослинних тканин (обґрунтуйте чому).

Усі організми належать до певних біологічних видів. Організми одного виду мають спільні особливості будови та процесів життєдіяльності, вимог до середовища життя. Вони здатні залишати плодючих нащадків. Особини одного виду об’єднуються в групи — популяції, які займають певну частину території поширення даного виду — його ареалу (мал. 2.4).

Мал. 2.4. Популяційна структура виду: вид складається з низки більш або менш відмежованих сукупностей особин — популяцій: 1 — ареал; 2 — бар’єри, які забезпечують часткову ізоляцію; 3 — популяції

Популяції є не тільки структурно-функціональними одиницями виду, а й елементарними одиницями еволюції. Еволюціонують не окремі особини або цілісні види, а їхні популяції.

• Популяції різних видів, які населяють нашу планету, утворюють популяційно-видовий рівень організації живої матерії (див. мал. 2.1). Його особливістю є вільний обмін спадковою інформацією між різними представниками певного виду та передача її нащадкам. Ізоляція окремих популяцій створює передумови для виникнення нових видів.

Запам'ятаємо

Вид складається із сукупності популяцій (дуже рідко вид представлений однією популяцією; такі види зазвичай вразливі й перебувають під загрозою зникнення).

Популяції різних видів, які населяють спільну територію, взаємодіють між собою та із чинниками неживої природи і входять до складу надвидових біологічних систем — екосистем.

Екосистеми, які охоплюють територію з однорідними умовами існування, називають біогеоценозами. Це цілісні стійкі біологічні системи, здатні до самовідтворення, їх основу становлять рослинні угруповання певного типу — фітоценози (наприклад, ковиловий степ, дубово-грабовий ліс, сфагнове болото).

• Екосистеми утворюють екосистемний рівень організації живої матерії (див. мал. 2.1). Для нього характерні потоки енергії між популяціями різних видів, а також постійний обмін речовиною між живою та неживою частинами біогеоценозів, тобто колообіг речовин. Потоки енергії та колообіг речовин з’єднують різні складові біогеоценозів (екосистем) у єдину цілісну саморегульовану надвидову біологічну систему. Сукупність усіх екосистем нашої планети становить біосферу — частину оболонок Землі, населених організмами (див. мал. 2.1).

• Біосферний рівень організації живої матерії характеризується глобальними колообігом речовин і потоками енергії, які забезпечують функціонування біосфери як єдиної глобальної екосистеми нашої планети.

Різні рівні організації живої матерії не існують окремо один від одного, а тісно взаємопов’язані між собою: нижчі рівні організації живої матерії є складовими вищих, без яких вони функціонувати не можуть.

Ключові терміни та поняття

рівні організації живої матерії, рибозими.

Перевірте здобуті знання

1. Чим можна пояснити різноманітність рівнів організації живої матерії? 2. У чому полягає взаємозв'язок різних рівнів організації живої матерії? 3. Наведіть приклади біологічних систем, які перебувають на різних рівнях організації: від молекулярного до біосферного. 4. Що спільного та відмінного між окремими екосистемами та біосферою як глобальною екосистемою нашої планети?

Поміркуйте

Відомо, що протягом історичного розвитку життя на нашій планеті кількість видів поступово збільшувалася. І це за умови, що значна кількість видів вимерла. Чим можна пояснити таку тенденцію?