Что является материальной основой существования биологических систем
Что является материальной основой существования биологических систем
Подробное решение параграф § 5 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Пасечник В.В., Каменский А.А., Рубцов A.M. Углубленный уровень 2019
Вопрос 1. Что означают понятия «вещество» и «физическое тело»?
Вещество — это то, из чего состоят все физические тела в мире. Простые вещества состоят из атомов: соединений электронов, протонов и нейтронов. Атомами, в свою очередь, представлены элементы. Одни вещества имеют лишь один протон в ядре (водород), а другие сотню и больше. На сегодняшний день известно более 20 млн. веществ. Многие из них представлены в природе. В сотни раз больше веществ применяют и извлекают ученые.
Физическое тело — материальный объект, имеющий постоянные: массу, форму (причём, как правило, простую), а также соответствующий ей объём; и отделенный от других тел внешней границей раздела.
Вопрос 2. Что такое система? Чем открытые системы отличаются от закрытых?
Система — совокупность функционально связанных элементов или процессов, объединенных в целое для достижения результата и обособленная от окружающей среды.
Закрытая система не зависит от окружающей среды, отделена от нее и не взаимодействует с ней — это самодостаточное целое.
Открытая система находится в постоянном взаимодействии и обмене с внешней средой, от которой зависит ее функционирование. Она способна приспосабливаться к изменившимся внешним условиям своего существования, изменяя свою структуру.
Вопрос 3. О чём говорят законы сохранения массы вещества и превращения энергии, открытые в результате естественнонаучных исследований?
Из закона сохранения массы вещества следует, что вещества не могут возникать из ниоткуда и из ничего или превращаться в ничто. Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе продуктов реакции.
Закон сохранения и превращения энергии — это общий закон природы, согласно которому энергия любой замкнутой системы, при всех процессах, происходящих в системе, остаётся постоянной. Энергия может только превращаться из одной формы в другую и перераспределяться между частями системы. Для незамкнутой системы увеличение /уменьшение её энергии равно убыли /возрастанию энергии взаимодействующих с ней тел и физических полей.
Вопрос 4. Какие уровни организации живого выделяют в биологии?
Учёные выделяют несколько уровней организации биологических систем, в частности: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно — видовой, экосистемный и биосферный. Однако следует заметить, что часто выделяют и другие уровни организации, такие, как уровень сообщества (консорции), органов и тканей (его вы подробно изучали в 8 классе), клеточных органоидов и т. п., — это переходные уровни между шестью основными.
Вопрос 5. Что является материальной основой существования биологических систем?
Фундаментальной характеристикой биологических систем является их материальная природа, а также использование энергии для осуществления своей жизнедеятельности.
Вопрос 6. Что такое генетическая информация и какое значение она имеет для биологической системы любого уровня организации? Приведите примеры.
Генетическая информация — это такая наследственная информация, которая состоит из набора генов, каждый из которых отвечает за определенные особенности строения и функционирования организма, носителем которой является ДНК (у некоторых вирусов — РНК).
Генетическая информация обусловливает особенности строения биологической системы, а точнее, её элементарного структурного и функционального компонента, т. е. клетки.
Генетическая информация определяет морфологическое строение, рост, развитие, обмен веществ, психический склад, предрасположенность к заболеваниям и генетические пороки организма.
Вопрос 7. Что позволяет компонентам биологической системы взаимодействовать как единое целое? Какие механизмы лежат в основе этих процессов?
Взаимодействие между компонентами системы позволяет компонентам биологической системы взаимодействовать как единое целое.
В основе взаимодействия лежат различные процессы саморегуляции, основанные на механизме обратной связи.
Вопрос 8. Какая фундаментальная идея лежит в основе научного объяснения единства и многообразия жизни?
Фундаментальная идея, которая лежит в основе научного объяснения единства и многообразия жизни, заключается в том, что все организмы, жившие и живущие в настоящее время на Земле, являются модифицированными потомками их общих предков.
Вопрос 9. Используя рисунок 9, опишите последовательность, изображающую восходящую иерархию биологических систем, начиная с молекулярного уровня. Например, «молекула состоит из атомов, соединённых друг с другом».
Я думаю, что имеется ввиду рис.10.
1. Из атомов, соединённых друг с другом состоит молекула.
1.1. Из молекул состоят биополимеры, из которых состоят органоиды клеток.
2. Из определенного набора органоидов, состоит клетка.
3. Ткани состоят из совокупности клеток и межклеточного вещества, объединённых общим происхождением, строением и выполняемыми функциями.
4. Орган состоит из обособленной совокупности различных типов клеток и тканей, выполняющих определённую функцию в живом организме.
5. Из органов и систем органов образуется организм (особь) определенного вида, который представляет собой целостную и самовоспроизводящуюся систему. У микроорганизмов организменный уровень совпадает с клеточным.
6. Популяция состоит из особей одного вида, относительно изолированных от групп этого же вида.
7. Популяции объединяются в совокупности — сообщества (биоценозы).
8. Экосистемы состоят из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними.
9. Биосферный уровень охватывает все явления жизни на Земле, которые объединяет биотический обмен веществ и энергии.
Вопрос 10. Какое значение имеет изучение свойств биологических систем на различных уровнях организации?
Различные уровни организации формируют сложное иерархическое строение, когда нижележащие более простые уровни определяют свойства вышележащих. Но каждый из уровней организации имеет особенности, которые лишь частично можно объяснить, исходя из особенностей низшего уровня. Другими словами, свойства целого не равны сумме свойств его частей. Эта закономерность известна как принцип эмерджентности систем: при объединении компонентов в более крупные функциональные единицы, возникают качественно новые (эмерджентные) свойства, которые невозможно предсказать, исходя из свойств компонентов. Итак, свойства системы определенного уровня организации является суммой совокупных свойств ее компонентов и эмерджентных свойств, возникающих в результате взаимодействия этих компонентов.
Проще говоря, на каждом уровне возникают новые свойства живого, отсутствующие на нижележащем уровне, выделяются свои элементарные явления и элементарные единицы, поэтому стоит изучать свойства биологических систем на различных уровнях организации.
Вопрос 11. Почему владение фундаментальными положениями (понятиями) биологической науки, как правило, позволяет оценить достоверность биологической информации, получаемой из различных информационных источников?
Владение Вами фундаментальными положениями (понятиями) биологической науки позволят Вам в любых источниках информации заметить искажённые или ложные данные, факты, ошибочное употребление единиц информации (цифры, буквы, символа). Владение понятиями позволит также выявить недостоверность информации, её неадекватность; рассмотреть некомпетентность источника. Поэтому владение понятиями биологической науки очень важно для получения качественной информации.
Вопрос 12. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 «Механизмы саморегуляции».
Цель: провести исследование функций своего организма и объяснить полученные результаты с позиции понимания сущности механизмов саморегуляции.
1. Измерьте собственный пульс, находясь в состоянии покоя. Запишите результат в тетрадь.
2. Сделайте десять интенсивных и глубоких приседаний. Повторно измерьте пульс. Запишите полученные данные в тетрадь.
3. Сравните полученные результаты и сделайте вывод.
Например, мой пульс в покое — 55 ударов в минуту. После нагрузки — 95 уд. в мин. При сравнении двух показателей, мы видим, что после нагрузки пульс участился.
Вывод: здесь срабатывает один из механизмов саморегуляции, который позволяет сохранять доставку достаточного количества кислорода к органам, тканям и клеткам при любых физических нагрузках.
Кислород переносит эритроциты по кровеносным сосудам. Когда человек испытывает нагрузки, количество кислорода требуется в организм больше, значит, и количество эритроцитов будет увеличиваться, вместе с током крови. Отсюда усиливается частота сердцебиения, увеличивается пульс.
Естествознание. 10 класс
Конспект урока
Естествознание, 10 класс
Урок 18. «Единство многообразия: биологические системы»
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:
Как можно определить понятие «жизнь»;
Что такое иерархические уровни организации живой материи;
Сколько уровней организации живого и каковы критерии их выделения;
Почему необходимо осознавать иерархичность и системную организацию природы;
Биология – наука о живой природе и закономерностях, ею управляющих; изучает все проявления жизни, строение и функционирование живых существ, а также их сообществ, их взаимосвязи между собой и с неживой природой.
Уровни организации биосистем – это функциональное место биологической структуры определённой степени сложности в общей иерархии живого. Различают молекулярно-генетический, клеточный, органно-тканевой, организменный, популяционно-видовой, экосистемный (биогеоценотический), биосферный уровни.
Особь – самостоятельно существующий организм.
Вид – группа особей, сходных по морфолого-анатомическим, физиолого-экологическим, биохимическим и генетическим признакам, занимающих естественный ареал, способных свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство; основная структурная единица биологической систематики живых.
Популяция — структурная единица вида, совокупность особей (организмов) одного вида, которые населяют определённую территорию и взаимодействуют друг с другом.
Экосистема — это совокупность совместно обитающих популяций разных видов и среды их обитания, объединённых потоками вещества и энергии. Основа экосистемы — растения и/или бактерии, которые создают первичное органическое вещество в результате процессов фотосинтеза или хемосинтеза.
Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):
Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017.: с 84-87.
Уровни организации живого. Проект «Вся биология» // электронный доступ: http://www.sbio.info/dic/12476
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Живой мир необычайно разнообразен. В настоящее время описано примерно 500 тыс. видов растений и более 1,6 млн. животных, более 3 тыс. видов микроорганизмов. И ещё порядка двух миллионов видов ждут своего открытия учёными.
В задачи биологии входит выявление и объяснение общих явлений и процессов для всего многообразия форм жизни.
Дать полное определение сущности жизни на современном этапе развития науки ещё очень сложно. В настоящее время мы можем лишь наблюдать и фиксировать факты проявления этого феномена. Жизнь – это качественно особая форма существования материи. Важно познакомиться с различными подходами к определению сущности жизни, чтобы осознать всю сложность данного феномена.
Каждый организм независимо от сложности устройства представляет собой совокупность упорядоченно взаимодействующих структур, образующих единое целое, т.е. является системой. Отметим, что именно целое, а не сумма частей! Поскольку целое определяет новое свойство, которого не было у отдельных компонентов. При этом системы могут состоять из более мелких систем и сами входить в свою очередь в системы большего масштаба. Такая системность и иерархичность устройства является основным в организации и существовании жизни.
При этом не существует организмов, которые не взаимодействовали бы с окружающей средой, не обменивались с ней энергией и веществом. Именно эта особенность позволяет организмам поддерживать свою целостность (упорядоченность) и выполнять свои функции. При этом организмы имеют возможность обмениваться информацией и реагировать на изменения условий окружающей среды – это свойство получило название раздражимость (не путать с раздражительностью!).
Особо обратим внимание, что отличительной характеристикой биологических систем от всех других является самостоятельность организации и протекания всех процессов жизнедеятельности, хранение и передача информации о своей структуре и функциях. Эти механизмы одинаковы для всех живых организмов, что позволяет сделать вывод о единстве всего живого.
Таким образом, биологическую систему можно определить как самообновляющиеся, самовоспроизводящиеся и саморегулирующиеся на основе потоков вещества, энергии и информации структуры, состоящей из подсистем низшего уровня и являющейся подсистемой высшего уровня.
Выделяют следующие уровни организации биосистем: молекулярно-генетический, организменный (онтогенетический), популяционно-видовой, экосистемный. Для удобства изучения фундаментальных уровней организации биосистем выделяют более мелкие уровни организации. К группе микросистем относят молекулярный и клеточный, к мезосистемным – тканевой, органный и организменный, к группе макросистем – популяционно-видовой, экосистемный (биогеоценотический), биосферный уровни. Каждая биологическая система принадлежит к определённому уровню организации. Существование жизни на каждом последующем уровне определяется структурой более низшего уровня, что определяется как иерархичности живого.
Молекулярный уровень – это самый низший уровень, здесь проходит граница между живым и неживым. Этот уровень представлен системами в формате макромолекул – биополимеров, которые участвуют в построении всех живых организмов. Нуклеиновые кислоты, построенные из пяти азотистых оснований и двух моносахаров; белки построены в основном из 20 стандартных аминокислот –, которые присущи только живым организмам, но сами по себе не могут считаться живыми, т.к. не обладают всеми свойствами живого.
Клеточный уровень – характеризуется единством структурной организации всех живых организмов, которое заключается в том, что существует некая структура, отделяющая внутреннюю среду клетки от внешней; система внутренней среды, которая отвечает за выполнение всех жизненных функций клетки, генетический аппарат. Клетка – низшая система, которой присущи все свойства живого.
Органно-тканевой уровень возникает вместе с появлением многоклеточных организмов, обладающих дифференцированными клетками, которые объединяются в ткани. Различные ткани сочетаясь составляют структуры, выполняющие определённые жизненные функции – органы. Системы органов образуют в свою очередь целостные многоклеточные организмы.
Популяционно-видовой уровень – первая надорганизменная макросистема, компонентами которой являются особи одного вида (сходные по совокупности критериев вида). Вид в целом в форме популяций выполняет роль биотических компонентов биогеоценозов. Популяция – единица эволюции, Именно в ней происходят эволюционные процессы.
Биогеоценотический (от греч. биос – жизнь, геос – Земля, ценоз – общий), экосистемный уровень – исторически сложившиеся на определённой территории устойчивые сообщества популяций разных видов, связанных между собой и с окружающей средой обменом веществ, энергии и информации.
Биосферный уровень (от греч. биос – жизнь, сфера – шар). Это высший уровень организации жизни на нашей планете, где компонентами выступают не отдельные участки поверхности Земли и отдельные популяции, а в единстве оболочек Земли (водной, газовой, каменной) и живого, способного трансформировать космическую энергию Солнца в различные виды (химических связей, тепловую, механическую, электрическую и т.д.).
Все многообразие жизни обнаруживает единство, проявляющееся в иерархичности системной организации живой природы. Взаимосвязь и взаимообусловленность существования живого и неживого на планете Земля обусловлены постоянными потоками энергии, информации и вещества.
Законы функционирования биосистем более высоких уровней не отменяют те, которые характерны для систем более низкого уровня.
Жизнь в целом и человека в частности на планете Земля – явление космическое, уникальное, обусловленное множеством закономерных факторов, но главным является приток энергии извне. Существование биологических систем разных уровней организации без притока энергии невозможно.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:
Задание 1. Расположите в правильной последовательности биосистемы различных уровней от низшего к более высокому:
Организм; ткань; макромолекулы; орган; клетка; система органов
Пояснение: последовательность отражает иерархию живого.
Задание 2. Найдите ошибку (ошибки) и вычеркните их.
Уровни организации биосистем:
Пояснение: уровни отражают иерархию биологических систем. Уровень атома – это физическая система, инстинктивный уровень связан с поведенческими характеристиками и не могут выступать уровнем в иерархии биосистем; человеческий уровень (вероятно, уровень человеческого организма)– человек является частью иерархии биосистем.
Что является материальной основой существования биологических систем
– целостная система компонентов, выполняющих определенную функцию в живых системах. К биологическим системам относятся сложные системы разного уровня организации: биологические макромолекулы, субклеточные органеллы, клетки, органы, организмы, популяции.
Признаки биологических систем
– критерии, отличающие биологические системы от объектов неживой природы:
1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. В неживой природе самыми распространенными элементами являются кремний, железо, магний, алюминий, кислород. В живых же организмах 98% элементарного (атомного) состава приходится на долю всего четырех элементов: углерода, кислорода, азота и водорода.
2. Обмен веществ. К обмену веществ с окружающей средой способны все живые организмы. Они поглощают из среды элементы питания и выделяют продукты жизнедеятельности. В неживой природе также существует обмен веществами, однако при небиологическом круговороте они просто переносятся с одного места на другое или меняют свое агрегатное состояние: например, смыв почвы, превращение воды в пар или лед и др. У живых же организмов обмен веществ имеет качественно иной уровень. В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада (ассимиляция и диссимиляция – см. дальше), в результате которых сложные вещества распадаются на более простые и выделяется энергия, необходимая для реакций синтеза новых сложных веществ.
Обмен веществ обеспечивает относительное постоянство химического состава всех частей организма и как следствие – постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.
3. Самовоспроизведение (репродукция, размножение) – свойство организмов воспроизводить себе подобных. Процесс самовоспроизведения осуществляется практически на всех уровнях жизни. Существование каждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени, поэтому поддержание жизни связано с самовоспроизведением. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, обусловленное информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте – ДНК, которая находится в родительских клетках.
4. Наследственность – способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Наследственность обеспечивается стабильностью ДНК и воспроизведением ее химического строения с высокой точностью. Материальными структурами наследственности, передаваемыми от родителей потомкам, являются хромосомы и гены.
5. Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения материальных структур наследственности. Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней. Изменчивость поставляет разнообразный материал для отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.
6. Рост и развитие. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, изменяется его состав или структура. Развитие живой формы материи представлено индивидуальным развитием (онтогенезом) и историческим развитием (филогенезом). Филогенез всего органического мира называют эволюцией.
На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов. В основе этого лежит поэтапная реализация наследственных программ. Индивидуальное развитие часто сопровождается ростом – увеличением линейных размеров и массы всей особи и ее отдельных органов за счет увеличения размеров и количества клеток.
Историческое развитие сопровождается образование новых видов и прогрессивным усложнением жизни. В результате эволюции возникло все многообразие живых организмов на Земле.
7. Раздражимость – это специфические избирательные ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Всякое изменение окружающих организм условий представляет собой по отношению к нему раздражение, а его ответная реакция является проявлением раздражимости. Отвечая на воздействия факторов среды, организмы взаимодействуют с ней и приспосабливаются к ней, что помогает им выжить.
Реакции многоклеточных животных на раздражители, осуществляемые и контролируемые центральной нервной системой, называются рефлексами. Организмы, не имеющие нервной системы, лишены рефлексов, и их реакции выражаются в изменении характера движения (таксисы) или роста (тропизмы).
8. Дискретность (от лат. discretus – разделенный). Любая биологическая система состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве, но тем не менее, тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Так, любая особь состоит из отдельных клеток с их особыми свойствами, а в клетках также дискретно представлены органоиды и другие внутриклеточные образования.
Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления системы путем замены износившихся структурных элементов без прекращения функционирования всей системы в целом.
9. Саморегуляция (авторегуляция) – способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов (гомеостаз). Саморегуляция осуществляется благодаря деятельности нервной, эндокринной и некоторых других регуляторных систем. Сигналом для включения той или иной регуляторной системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы.
10. Ритмичность – свойство, присущее как живой, так и неживой природе. Оно обусловлено различными космическими и планетарными причинами: вращением Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, фазами Луны и т.д.
Ритмичность проявляется в периодических изменениях интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов через определенные равные промежутки времени. Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих и многие другие. Ритмичность направлена на согласование функций организма с периодически меняющимися условиями жизни.
Тест № 1 по теме: «Основные свойства живого»
Что является материальной основой существования биологических систем
Код раздела ЕГЭ: 1.2. Биологические системы. Общие признаки биологических систем: клеточное строение, особенности химического состава, обмен веществ и превращение энергии, гомеостаз, раздражимость, движение, рост и развитие, воспроизведение, эволюция.
Биологические системы – это объекты различной сложности, имеющие несколько уровней структурно-функциональной организации и представляющие собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Примеры биологических систем: клетка, ткани, органы, организмы, популяции, виды, биоценозы, экосистемы разных рангов и биосфера.
Биологические системы (или живые системы) отличаются от тел неживой природы совокупностью признаков и свойств, среди которых основными являются:
Общность химического состава живых систем и неживой природы говорит о единстве и связи живой и неживой материи. Весь мир представляет собой систему, в основании которой лежат отдельные атомы. Атомы, взаимодействуя друг с другом, образуют молекулы. Из молекул в неживых системах формируются кристаллы горных пород, звезды, планеты, вселенная. Из молекул, входящих в состав организмов, формируются живые системы — клетки, ткани, организмы. Взаимосвязь живых и неживых систем отчетливо проявляется на уровне биогеоценозов и биосферы.
Уровни организации живых систем отражают соподчиненность, иерархичность структурной организации жизни. Уровни жизни отличаются друг от друга сложностью организации системы. Клетка устроена проще по сравнению с многоклеточным организмом или популяцией.
Структурная организация — живые системы Земли, характеризующиеся упорядоченностью и сложностью структур на всех уровнях организации, несмотря на то, что построены из тех же химических элементов, что и неживые.
Вы смотрели конспект по биологии «Биологические системы».
Читайте также другие конспекты, относящиеся к разделу ЕГЭ 1.2: