Организменный уровень организации жизни. Организм как биосистема
Академик Вернадский характеризовал организм следующим образом: ««Организм — это биохимическая отдельность как составляющее живого вещества биосферы». Другой академик — Иван Павлов, выражался иначе: «организм — это в высочайшей степени саморегулирующаяся, сама себя поддерживающая, восстанавливающая, поправляющая и совершенствующая система». Более четкая формулировка звучит так: «Организм — это дискретная единая биосистема, состоящая из различных органов и тканей, которые взаимодействуют между собой и с внешней средой». Организм — это биологический объект, возникший в результате эволюции жизни на Земле.
Все живое представлено в природе в виде организмов.
Являясь структурным компонентом популяционно-видового уровня организации жизни, организм, в свою очередь представляет собой биологическую систему открытого типа и является выразителем свойств организменного уровня организации жизни. Организм обладает всеми свойствами живой природы — обменом веществ и энергии, питанием, дыханием, выделением, раздражимостью, способностью к размножению, способностью к саморегуляции, приспособленностью к среде обитания и др.
Структурными элементами организменного уровня организации жизни, т.е. составными частями организмов жизни служат органы (системы органов) ткани и клетки.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Мы говорим о клетке, как о структурной единице организма поскольку в природе существует множество одноклеточных организмов, тело которых состоит из одной-единственной клетки (бактерии и др.). Для одноклеточных организмов клеточный и организменный уровни тождественны
Взаимодействие структурных элементов организма обеспечивает структурную и функциональную целостность как биологической системы.
Давайте перечислим основные процессы организменного уровня:
- обмен веществ и энергии;
- способность поддерживать постоянство внутренней среды (гомеостаз);
- хранение и реализация наследственной информации, проверка жизнеспособности каждого генотипа в условиях внешней среды;
- оплодотворение и воспроизводство потомства;
- приспособление к изменяющимся условиям окружающей среды;
- согласованная деятельность различных систем органов;
- существование посредством индивидуального развития (онтогенез).
Организм имеет три системы управления физиологическими процессами — генетическую, гуморальную (или гормональную) и нервную. Своим слаженным действием эти системы обеспечивают согласованную работу всех составных частей организма и поддержание относительного постоянства его внутренней среды. Гуморальная система в эволюционном смысле гораздо старше нервной. Первоначально, на заре эволюции у всех живых организмов имелся только гуморальный механизм управления процессами жизнедеятельности. С появлением у животных нервных клеток, возник механизм нервной регуляции.
Гуморальная регуляция подчинена нервной, но оба механизма регуляции действуют в организме согласованно, в тесном взаимодействии между собой, что дает возможность рассматривать их вместе как единую систему нейрогуморальной регуляции.
Генетическая система является регулятором высшего порядка, поскольку строение и функции организма в первую очередь определяются ею.
Что является основой для выживания в сложных изменчивых условиях окружающей среды? Приспособляемость! Чем она в первую очередь определяется? Генотипом! Генотип — это индивидуальная система наследственной информации, доставшейся организму (особи) от предков. Генотип определяет основные жизненно важные реакции организма, такие, как приспособленность к среде обитания, способы добывания пищи, поведение, особенности биохимических реакций, особенности размножения. Генотип является базой, на которой происходит дальнейшее улучшение приспособленности организма к окружающей среде. Рождаясь, организм получает «в наследство» от предков определенные качества, набор инстинктов и прочие свойства, делающие возможным его жизнедеятельность в определенных условиях среды. Генетическая информация обладает специфичностью, причем она специфична не только для каждого вида, но и для каждого организма.
На организмы оказывают воздействие экологические факторы среды и закономерности эволюционного процесса. Каждый организм уникален и каждый организм индивидуально реагирует на воздействие факторов среды, которые вызывают ответные реакции организма, обеспечивающие его сохранность и целостность. Реакция проявляется двояко — от отрицательного (разрушающего) воздействия организм старается уклониться, а к положительному (например, вид и запах пищи) — стремится.
Организменный уровень жизни на Земле представлен невероятно огромным разнообразием форм — от одноклеточных простейших до человека. Организмы отличаются по способам питания (автотрофные и гетеротрофные), размножения, размерам, формам, сложности поведения и т.д.
Особое место в природе занимают вирусы, относящиеся к неклеточным формам жизни. От живых организмов вирусы отличаются полным отсутствием основного и энергетического обменов, а также отсутствием клеточной структуры и аппарата синтеза белка. С другой стороны, вирусы имеют генетический материал, способны к размножению (пусть и внутри клетки-хозяина) и эволюционируют путем естественного отбора. Поэтому правильнее все же считать их особой фор-мой жизни. Очень подходит к вирусам поэтичное определение «организмы на краю жизни». С биологической точки зрения вирус представляет собой генетический материал — молекулы нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), заключенные в защитную белковую оболочку, называемую капсидом.
Внедрившись в клетку, вирусы используют ее ресурсы для размножения. Размножение вирусов может происходить только внутри клетки-хозяина.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Главным, основным, определяющим признаком любого живого организма является строгая взаимозависимость составляющих его частей. Человек, собака или дерево — это организмы, обладающими всеми признаками организмов, но сердце или желудок, лист или ветка этими признаками уже не обладают. Организм нельзя рассматривать, как простой набор (сумму) органов и тканей. Организм — это система, стоящая по уровню выше своих составных систем
Все организмы разделяют на две большие группы — одноклеточные и многоклеточные.
К одноклеточным организмам, как уже было сказано, относятся организмы, тело которых состоит из одной-единственной клетки. Одноклеточные организмы, в свою очередь делятся на прокариоты, клетки которых не имеют ограниченных мембраной ядер, а также лишены большинства органоидов (бактерии) и эукариоты, клетки которых имеют ядро и полный набор органоидов (простейшие).
Одноклеточный организм состоит из одной клетки, но в первую очередь он представляет собой не клетку, а организм, обладающий всеми основными свойствами организмов!
Принципиальное отличие одноклеточных организмов от клеток многоклеточных организмов состоит в наличии у одноклеточных органоидов специального назначения, помогающих им выполнять все необходимые функции. Передвижение и захват пищи обеспечивают выросты — ложноножки, жгутики и реснички. Выделительную функцию обеспечивают сократительные вакуоли. Есть специализированные внутриклеточные структуры, обеспечивающие раздражимость и т.д. Запомните, что клетки одноклеточных имеют более сложное строение, чем клетки, входящие в состав многоклеточного организма.
Рассмотрите строение амебы и инфузории-туфельки, чтобы освежить знания, полученные из курса зоологии.
Размеры одноклеточных организмов варьируют от 0,3 микрометра (бактерии— микоплазмы) до 20 сантиметров (некоторые представители класса ксенофиофор, живущие на дне океана, в том числе и на глубинах свыше 10 км)! 0,3 микрометра и 20 сантиметров — разница в 666 666 раз!
Ксенофиофоры — эукариоты, они относятся к типу (по некоторым системам — классу) фораминифер — раковинных одноклеточных организмов из группы протистов. Большинство их раковин известковые, но встречаются и образованные из хитина или из посторонних частиц, склеенных выделениями клеток. Ксенофиофоры обитают на дне океанов, на большой глубине, где отсутствует солнечный свет, вода содержит очень мало кислорода, а давление ее очень велико. Ксенофиофоры фильтруют и перерабатывают ил, создавая тем самым среду для других обитателей морского дна. Питаются они как амебы, обволакивая пищу ложноножками.
С одноклеточными организмами мы закончили, теперь перейдем к многоклеточным организмам.
Количество клеток и их типов в многоклеточном организме варьируется. Так, например, организм гидры состоит всего из семи типов клеток, а в организме человека насчитывается более ста типов клеток.
Клетки многоклеточного организма специализированы — они способны выполнять только определенную функцию и не способны существовать самостоятельно вне организма. Совокупность клеток, выполняющих одинаковые функции вместе с окружающим их межклеточным веществом, называют тканью. Ткани образуют органы.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Ткани и органы характерны не для всех многоклеточных организмов. У кишечнополостных (см. рис. Строение гидры), у губок, у водорослей разные клетки разных типов не объединены в ткани, не образуют органов и их систем
В природе существует группа, занимающая промежуточное положение между одноклеточными и многоклеточными организмами — колонии одноклеточных организмов. Колонии нельзя рассматривать, как простую совокупность организмов. Они представляют собой совокупность организмов, ведущих совместный образ жизни.
Типичным представителем таких колоний является вольвокс — шаровидная колония организмов, поверхность которого образована тысячами клеток зеленых водорослей из рода вольвокс. Внутри вольвокс заполнен слизью. Размер вольвокса может доходить до 3 мм. Число клеток в нем варьируется от 200 до 10 000. Двухжгутиковые клетки вольвокса связаны друг с другом цитоплазматическими нитями-мостиками в единое целое. Это позволяет вольвоксу согласованно работать жгутиками и плыть в направлении источника света. Отдельные клетки вольвокса уходят внутрь шара, образуя там молодые «дочерние» колонии. Внутри «дочерних» колоний также образуются новые колонии, которые можно назвать «внучатыми». Разрастаясь, «дочерние» колонии разрывают материнскую и выходят наружу.
В пределах колонии вольвокса наблюдается специализация клеток. Большинство из них вегетативные, но есть и генеративные клетки, принимающие участие в процессе размножения. Они крупнее вегетативных и не имеют жгутиков. В женских генеративных клетках вольвокса, называемых оогониями, развиваются яйцеклетки, а в мужских (антеридиях) -сперматозоиды. После слияния сперматозоида и яйцеклетки образуется ооспора. Кроме полового размножения, в вольвоксе посредством особых клеток — партеногонидий, осуществляется и бесполое размножение митотическим делением. Именно партеногонидии и образуют дочерние шары. На внутренней поверхности шара вначале формируется пластинка, затем она выворачивается, смыкается краями и образует «дочерний» шар.
А теперь давайте попробуем ответить на вопрос: в чем заключается специфика организменного уровня организации жизни, его главное отличие от прочих уровней?
Специфика организменного уровня заключается в том, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетической информации, формирование признаков, присущих особям данного вида. Меняется организм — меняется вид. Только давайте уточним, что каждый отдельный, конкретный организм на протяжении своей жизни не изменяется. Каким родился, таким и умер. Суть специфики организменного уровня в «переводе» генетической информации в фенотипическую, индивидуальную форму. Условно говоря, на организме природа «опробует», «отрабатывает» конкретный генотип с целью получения сведений о его полезности.
Если организм вырос, выжил в конкурентной борьбе и дал потомство, следовательно, его генотип полезный и он будет закреплен в последующих поколениях. Иначе говоря, на организменном уровне происходит отбор особей по критериям их жизнеспособности и фенотипического успеха. Организмы служат носителями наследственных свойств популяций и видов, они определяют успешность популяции в борьбе за ресурсы. В организмах накапливаются новые свойства вида. На организмах проявляет свое действие естественный отбор, оставляя более приспособленных и выбраковывая менее приспособленных.
Элементарной или структурной единицей организменного уровня организации жизни является особь от момента ее зарождения до момента прекращения существования.
Элементарным явлением организменного уровня организации жизни являются закономерные изменения особи в индивидуальном развитии, переводящие генотипическую информацию в фенотипическую.
Регулирующей системой организменного уровня организации жизни являются генотип.
Жизненный цикл (индивидуальное развитие) особи называется онтогенезом. Онтогенез у человека и всех живородящих животных делится на два периода — эмбриональный (от момента первого деления оплодотворенной яйцеклетки до момента рождения) и постэмбриональный (от момента рождения до конца жизни).
На организменном уровне организации жизни впервые появились процессы, выражающие ее сущность, такие, как обмен веществ и энергии и др. На организменном уровне осуществляется общение между особями как внутри одного вида, так и между видами.
Благодаря постоянству своей внутренней среды, организмы создают в биосфере особую среду жизни — биотическую, в которой они выступают в качестве хозяев, обеспечивающих проживание других организмов. Другие организмы могут селиться как внутри организма-хозяина, так и на нем. Так, например, в организме человека, преимущественно на коже и в кишечнике обитает несколько тысяч видов бактерий. Речь идет о тех бактериях, которые не причиняют нам никакого вреда.
В чем выражается глобальная роль организмов и в целом организменного уровня организации жизни?
Она заключается в поддержании структуры и устойчивости биосферы. Организмы, как непосредственные участники трофических цепей, обеспечивают биологический круговорот и трансформацию энергии в биогеоценозах.
Жизнь на организменном уровне изучают такие направления биологии, как анатомия и физиология. Анатомия изучает устройство организмов, а физиология — их деятельность.