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

Відкриті системи — системи, що постійно обмінюються інформацією, речовиною й вільною енергією із зовнішнім середовищем.

Л. фон Берталанфі

§ 2. РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ БІОСИСТЕМ ТА ЇХНІЙ ВЗАЄМОЗВ'ЯЗОК

Основні поняття й ключові терміни: БІОСИСТЕМИ. Рівні організації біосистем.

Пригадайте! Що таке біосистеми?

Знайомтеся!

Карл Людвіг фон Берталанфі (1901—1972) — австрійський біолог, засновник узагальненої системної концепції, що отримала назву «Загальна теорія систем». Основна ідея запропонованої теорії: закони, що керують системами, — єдині для різних систем. Такими закономірностями є принципи зворотного зв'язку, єдності, ієрархії, емерджентності (раптової появи), закон мінімуму та інші.

ЗМІСТ

Якими є основні біосистеми?

Сучасне розуміння організації життя ґрунтується на системному підході, згідно з яким жива природа існує у формі біосистем. Будь-яка із живих природних систем є цілісною сукупністю взаємопов'язаних компонентів, що виконують особливі функції і забезпечують їхню єдність. Усі біосистеми є перервними й відокремленими одна від одної, мають певні розміри й структуру, тривалість існування й специфічні ознаки. Основними типами біосистем є клітина, організм, популяція, вид, екосистема та біосфера.

Клітина — біологічна система з найменшими розмірами й найпростішою структурою. Основними компонентами клітини є поверхневий апарат, цитоплазма і ядро (нуклеоїд), що побудовані із молекул хімічних речовин та їхніх комплексів. Клітини є основними елементами будови й життєдіяльності всіх організмів нашої планети.

Організм — біологічна система, яка побудована із клітин і завдяки системам регуляції та пристосувальним механізмам може відносно самостійно існувати в певному середовищі. Організми поділяють на одноклітинні, колоніальні й багатоклітинні. Саме ці біосистеми є найрізноманітнішими формами живої природи.

Популяція — біологічна система із вільносхрещуваних між собою організмів одного виду, які проживають тривалий час на певній території й відносно ізольовані від інших таких самих груп. Компонентами популяцій є організми, а самі популяції є структурною одиницею видів. На рівні популяцій починаються еволюційні процеси, тому популяції є елементарними одиницями еволюції.

Вид — біологічна система із сукупності популяцій, яким властиві: а) морфофізіологічна подібність; б) вільне внутрішньовидове схрещування; в) утворення плідного потомства; г) несхрещуваність з іншими видами; д) спільна територія існування — ареал; е) пристосованість до умов існування в межах ареалу; є) спільне походження. Вид є основною формою організації життя.

Екосистема — сукупність різних видів та середовища їхнього існування, що пов'язані обміном речовин, енергії та інформації. У межах біосистем цього рангу виокремлюють біотичний (біоценоз) та абіотичний (біотоп) компоненти, що пов'язані між собою кругообігом речовин. Екосистеми існують унаслідок розподілу функцій між продуцентами, консументами й редуцентами.

Біосфера — біосистема найвищого порядку, склад, структура і властивості якої визначаються функціонуванням живих організмів. Це єдина глобальна екосистема Землі. Живий і неживий компоненти біосфери пов'язані між собою кругообігом речовин у вигляді біогеохімічних циклів.

Отже, БІОЛОГІЧНІ СИСТЕМИ (від грец. біо — життя, система — складена із частин) — це сукупність взаємопов'язаних компонентів, діяльність яких визначають їхню єдність та існування в просторі й часі.

У чому проявляється взаємозв'язок рівнів організації біосистем?

Критерієм для виокремлення рівнів організації біосистем є ступінь складності структури (від лат. structure — будова), тобто розташування взаємопов'язаних компонентів. Для характеристики рівнів організації життя застосовують ще й такий критерій, як процес (від лат. processus — переміщення, рух), що означає певні закономірні функціональні зміни й явища. Виокремлювати рівень організації доцільно в тому випадку, якщо на ньому виникають нові (емерджентні) властивості, що їх немає в систем нижчого рівня.

Уявлення про структурні рівні організації склалося в 20-х роках XX ст. (Л. фон Берталанфі, Г. Ч. Браун), а в середині 40-х років ХХ ст. сформувалася теорія рівнів організації (Р. Джерард, А. Емерсон) як конкретне вираження упорядкованості живого.

Іл. 3. Основні рівні організації біосистем

Як ви вже знаєте, розрізняють молекулярний, клітинний, організмовий, популяційно-видовий, екосистемний (біогеоценотичний) та біосферний рівні організації біосистем (іл. 3). За необхідності, що визначається особливостями досліджуваного об'єкта, можна виокремлювати додаткові рівні: тканинний, рівень органів, рівень систем органів, біоценотичний.

Молекулярний рівень життя пов'язаний з організацією специфічних для живих організмів органічних сполук, їхньою взаємодією між собою і з неорганічними речовинами. При цьому відбуваються хімічні реакції й фізичні процеси перетворення енергії, речовин та інформації. На молекулярному рівні організації перебувають неклітинні форми життя (віруси, пріони, віроїди).

Клітинний рівень життя представлений вільноживучими одноклітинними організмами й клітинами багатоклітинних організмів. Компонентами структури клітин є речовини та їхні комплекси. На клітинному рівні відбуваються процеси поділу й передачі інформації, анаболізму й катаболізму.

Організмовий рівень життя визначається клітинами в одноклітинних і колоніальних організмів, тканинами, органами й системами органів - у багатоклітинних організмів. Елементарною одиницею рівня є окремі клітинні організми з певними особливостями будови, життєдіяльності (живлення, дихання, виділення, розмноження тощо) та поведінки.

Популяційно-видовий рівень життя представлений популяціями й видами, що є надорганізмовими біологічними системами. Структурними компонентами є групи споріднених особин, об'єднаних певним генофондом і специфічною взаємодією з навколишнім середовищем. На цьому рівні формуються мікроеволюційні процеси адаптаціогенезу, регуляції чисельності популяцій, видоутворення тощо.

Екосистемний (біогеоценотичний) рівень життя представлений різноманітністю природних і штучних екосистем. Компонентами є живі угруповання (біоценози) й умови середовища існування. На цьому рівні здійснюються взаємодія організмів різних популяцій між собою, а також вплив екологічних чинників, що визначають їх чисельність, видовий склад і продуктивність.

Біосферний рівень життя об'єднує усі екосистеми Землі. На цьому рівні відбуваються біогенна міграція живої речовини, біологічний кругообіг речовин та перетворення енергії.

Основою взаємозв'язку всіх рівнів організації біосистем є потоки речовин, енергії та інформації й принцип структурної ієрархії систем, згідно з яким будь-яка біосистема є компонентом біосистеми вищого рангу, і, в свою чергу, складається з підпорядкованих їй біосистем нижчого рангу.

Отже, рівні організації біосистем — це певний тип взаємодії структурних й функціональних складників біологічних систем.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з ілюстраціями. Характеристика біосистем

Розпізнайте на малюнках біосистеми різних рівнів організації. Назвіть їх компоненти та наведіть приклади процесів, характерних для зображених біосистем. Заповніть у робочому зошиті таблицю «Характеристика основних типів біосистем» і сформулюйте висновок про подібність та відмінності різних біосистем.

Назва біосистеми

Структурні складники

Функціональні процеси

Біологія + Екологія. Характеристика рівня організації біосистем

Риба-клоун (Amphiprion ocellaris) досить часто вступає у взаємовигідні взаємовідносини з актиніями (наприклад, Heteractis magnifica). Щупальця цих тварин містять небезпечні жалкі клітини і захищають риб та їхню ікру від хижаків. У свою чергу, риби-клоуни очищають актинію від сміття і відганяють від неї хижаків, наприклад крабів і риб-метеликів, які не проти поласувати щупальцями цих істот. Назвіть і охарактеризуйте рівень організації цих взаємовідносин.

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Біорізноманіття. Опис окремих біосистем

З-поміж представників класу Ссавці здатність продукувати отруйний секрет мають яйцекладні ссавці та окремі представники комахоїдних. І лише один відомий вид є серед приматів. Це малий товстий лорі (Nycticebus pygmaeus), поширений у лісах В'єтнаму, Лаосу й Камбоджі. На внутрішньому боці ліктьового суглоба в цієї тварини є залози, секрети яких, змішуючись із слиною, перетворюються на сильну отруту. Опишіть цей організм як біосистему.

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1—6

1. Що таке біосистеми? 2. Назвіть основні типи біосистем. 3. Наведіть приклади біосистем різних рівнів. 4. Що таке рівні організації біосистем? 5. Назвіть основні рівні організації біосистем. 6. Назвіть критерії, за якими характеризують біосистеми.

7—9

7. Якими є основні біосистеми? 8. В чому виявляється взаємозв'язок рівнів організації біосистем? 9. Чим біосистеми різняться між собою?

10—12

10. У чому полягають подібність та відмінності різних біосистем?