Scienze che studiano la vita a livello molecolare. Biologia

La vita è un sistema a più livelli (dal greco. sistema- associazione, raccolta). Esistono livelli fondamentali di organizzazione degli esseri viventi: molecolare, cellulare, organo-tessuto, organismo, popolazione-specie, ecosistema, biosfera. Tutti i livelli sono strettamente interconnessi e nascono l'uno dall'altro, il che indica l'integrità della natura vivente.

Livello molecolare dell'organizzazione della vita

Questa è l'unità della composizione chimica (biopolimeri: proteine, carboidrati, grassi, acidi nucleici), reazioni chimiche. Da questo livello iniziano i processi vitali dell'organismo: scambi energetici, plastici e di altro tipo, cambiamento e implementazione delle informazioni genetiche.

Livello cellulare di organizzazione della vita

Livello cellulare di organizzazione dei viventi. cellula animale

La cellula è l'unità strutturale elementare dei viventi. Questa è l'unità di sviluppo di tutti gli organismi viventi che vivono sulla Terra. In ogni cellula avvengono i processi di metabolismo, conversione dell'energia, conservazione, trasformazione e trasferimento delle informazioni genetiche.

Ogni cellula è costituita da strutture cellulari, organelli che svolgono determinate funzioni, quindi è possibile isolarle subcellulare livello.

Livello di organizzazione della vita organo-tessuto

Livello di organizzazione organo-tessuto dei viventi. Tessuti epiteliali, tessuti connettivi, tessuti muscolari e cellule nervose

Le cellule di organismi multicellulari che svolgono funzioni simili hanno la stessa struttura, origine e si uniscono in tessuti. Esistono diversi tipi di tessuti che presentano differenze nella struttura e svolgono funzioni diverse (a livello dei tessuti).

I tessuti in diverse combinazioni formano organi diversi che hanno una certa struttura e svolgono determinate funzioni (a livello di organo).

Gli organi sono combinati in sistemi di organi (livello di sistema).

Livello organizzativo dell'organizzazione della vita

Livello organizzativo dell'organizzazione della vita

I tessuti sono combinati in organi, sistemi di organi e funzionano come un unico insieme: il corpo. L'unità elementare di questo livello è l'individuo, considerato in sviluppo dal momento della nascita fino alla fine dell'esistenza come un unico sistema vivente.

Livello di organizzazione della vita di popolazioni-specie

Livello di organizzazione della vita di popolazioni-specie

Un insieme di organismi (individui) della stessa specie, aventi un habitat comune, forma popolazioni. Una popolazione è un'unità elementare di specie ed evoluzione, poiché in essa avvengono processi evolutivi elementari, questo e i livelli successivi sono sovraorganismi.

Livello di organizzazione della vita dell'ecosistema

Livello di organizzazione della vita dell'ecosistema

L'insieme degli organismi di diverse specie e livelli di organizzazione costituisce questo livello. Qui possiamo distinguere i livelli biocenotici e biogeocenotici.

Popolazioni di specie diverse interagiscono tra loro, formano gruppi multispecie ( biocenotico livello).

L'interazione delle biocenosi con fattori climatici e altri fattori non biologici (rilievo, suolo, salinità, ecc.) Porta alla formazione di biogeocenosi (biogeocenotico). Nelle biogeocenosi c'è un flusso di energia tra popolazioni di specie diverse e una circolazione di sostanze tra le sue parti inanimate e viventi.

Livello biosferico di organizzazione della vita

Livello biosferico di organizzazione degli esseri viventi. 1 - molecolare; 2 - cellulare; 3 - organismo; 4 - specie di popolazione; 5 - biogeocenotico; 6 - biosferico

È rappresentato da una parte del guscio della Terra dove esiste la vita: la biosfera. La biosfera è costituita da un insieme di biogeocenosi, funziona come un unico sistema integrale.

Non è sempre possibile selezionare l'intero set di livelli elencati. Ad esempio, negli organismi unicellulari, i livelli cellulare e organismico coincidono, ma il livello organo-tessuto è assente. A volte è possibile distinguere livelli aggiuntivi, ad esempio subcellulare, tissutale, organico, sistemico.

Tutta la vita sulla Terra è ordinata e ha una gerarchia complessa dal semplice al complesso: livelli di organizzazione della natura vivente.

Livelli

La struttura della materia vivente inizia con una molecola, la particella più piccola della materia, costituita da atomi. La molecola appartiene alla natura inanimata, è studiata dalla fisica e dalla chimica. Entrando in relazioni, le molecole formano sostanze da cui sono costruiti tessuti, organi e organismi nel loro insieme. Una descrizione dettagliata è presentata nella tabella dei livelli di organizzazione della fauna selvatica.

Livello	Elementi del sistema	Processi
Molecolare (genetica molecolare)	Atomi, molecole di composti organici e inorganici, biopolimeri - DNA, RNA, proteine, lipidi, carboidrati	Metabolismo e conversione dell'energia, trasferimento dell'informazione genetica
Cellulare	Organelli cellulari (organelli), complessi di composti chimici	Sintesi di composti organici, trasporto di sostanze chimiche, fissione
tessuto	Cellule specifiche, sostanza intercellulare	Metabolismo, crescita, irritabilità, sensibilità, conduzione, ecc.
Organo	Diversi tipi di tessuti che formano gli organi	Il lavoro degli organi a seconda dello scopo: movimento, scambio di gas, eccitabilità, digestione, ecc.
Organismico (ontogenetico)	Sistemi di organi che formano un organismo multicellulare - una struttura funzionale separata di origine animale o vegetale	Funzionamento armonico di tutti gli organi
popolazione-specie	Gruppi di individui imparentati uniti in una popolazione. Portano un unico pool genetico, si distinguono per le stesse caratteristiche morfologiche e comportamentali, occupano una certa area	Organizzazione delle comunità, interazioni tra individui, adattamento al cambiamento delle condizioni, accumulo di informazioni genetiche, evoluzione
Biogeocenotico	Popolazioni diverse, fattori ambientali	Rapporto tra popolazioni e ambiente
biosferico	Biogeocenosi, attività umana (noosfera)	L'interazione della materia vivente e non vivente, la circolazione delle sostanze in natura, l'impatto dell'uomo sulla biosfera

Riso. 1. Livelli di organizzazione.

Ogni livello di organizzazione ha i suoi modelli. Per lo studio di un livello separato, vengono evidenziate aree specializzate della biologia. Ad esempio, il livello iniziale è studiato dalla biologia molecolare e dalla biochimica, la cellula è studiata dalla citologia, dai tessuti - istologia, dalle popolazioni e dalla loro interazione con l'ambiente - ecologia.

Unicellulari e pluricellulari

Tutti gli organismi sono divisi in due tipi in base alla loro struttura:

• unicellulare: costituito da una cellula;
• multicellulare: costituito da molte cellule interconnesse.

Gli organismi unicellulari sono limitati da una membrana, sotto la quale è presente un citoplasma con organelli - particelle funzionali delle cellule. Gli organismi unicellulari sono simili per struttura e funzione alle cellule degli organismi multicellulari. Tuttavia, possono muoversi in modo indipendente e condurre uno stile di vita libero.

Rappresentanti di organismi unicellulari:

TOP 1 articoloche hanno letto insieme a questo

• piante (eucarioti) - chlamydomonas, clorella, euglena verde;
• animali (eucarioti) - ameba, ciliati;
• batteri (procarioti) - E. coli, cocchi.

Riso. 2. Organismi unicellulari.

Multicellulari: organismi organizzati più complessi. Le più primitive sono le spugne, i più complessi sono i mammiferi.

Riso. 3. Organismi multicellulari.

A differenza degli organismi unicellulari, gli organismi multicellulari hanno più livelli di organizzazione. Tuttavia, indipendentemente dalla complessità della struttura, tutti gli organismi interagiscono con l'ambiente a livello biogeocenotico e biosferico.

Proprietà degli organismi

Tutti i rappresentanti della biosfera (unicellulari e multicellulari) sono uniti proprietà degli organismi viventi:

• riproduzione;
• metabolismo;
• dipendenza dall'energia;
• altezza;
• sviluppo;
• autoregolamentazione;
• irritabilità;
• eredità;
• variabilità.

Inoltre, gli organismi viventi hanno un'unica composizione chimica. Gli elementi principali della materia vivente sono azoto, ossigeno, carbonio, idrogeno. Formano proteine, grassi, carboidrati.

Cosa abbiamo imparato?

Dalla lezione di biologia del 9° grado, abbiamo appreso i principali livelli di fauna selvatica. L'argomento includeva una breve descrizione della gerarchia della natura vivente, delle caratteristiche degli organismi multicellulari e unicellulari, nonché delle proprietà degli organismi che compongono la biosfera.

Quiz sull'argomento

Rapporto di valutazione

Voto medio: 4.6. Valutazioni totali ricevute: 215.

Livelli di organizzazione della natura vivente.

Tutta la fauna selvatica è una raccolta di sistemi biologici (dal greco systema - un insieme costituito da parti interconnesse) con diversi livelli di organizzazione e diversa subordinazione. Gli scienziati distinguono diversi livelli di organizzazione della fauna selvatica: molecolare, cellulare, organismico, popolazione-specie, ecosistema E biosferico. A livello molecolare vengono studiate le molecole presenti nella cellula, la loro struttura e funzioni. A livello cellulare: la struttura delle cellule, la struttura e le funzioni dei suoi singoli organelli; sull'organismo: la struttura dei tessuti, degli organi e dei sistemi di organi dell'intero organismo. A livello di popolazione-specie si studia la struttura della specie, le caratteristiche delle popolazioni. A livello di ecosistema (biogeocenotico) si sta studiando la struttura delle biogeocenosi; a livello della biosfera: vengono studiati i gusci terrestri abitati da organismi viventi (litosfera, idrosfera, atmosfera).

Lo studio dei livelli di organizzazione dei sistemi biologici consente di immaginare teoricamente come potrebbero sorgere i primi organismi viventi e come si è svolto sulla Terra il processo di evoluzione dai sistemi più semplici a sistemi più complessi e altamente organizzati. Per capirlo è necessario conoscere le caratteristiche dei sistemi viventi ad ogni livello di organizzazione.

Livello molecolare.

Qualsiasi sistema vivente, per quanto complesso possa essere organizzato, si manifesta a livello di funzionamento delle macromolecole biologiche. Il livello molecolare può essere definito il livello iniziale, il più profondo, di organizzazione dei viventi. Ogni organismo vivente è costituito da molecole di sostanze organiche: proteine, acidi nucleici, carboidrati, grassi (lipidi) situati nelle cellule e chiamati molecole biologiche.

I biologi stanno studiando il ruolo di questi importanti composti biologici nella crescita e nello sviluppo degli organismi, nell'immagazzinamento e nella trasmissione di informazioni ereditarie, nel metabolismo e nella conversione dell'energia nelle cellule viventi e in altri processi.

Studiando gli organismi viventi, hai imparato che sono costituiti dagli stessi elementi chimici di quelli non viventi. Attualmente sono conosciuti più di 100 elementi, la maggior parte dei quali si trova negli organismi viventi. Gli elementi più comuni nella natura vivente includono carbonio, ossigeno, idrogeno e azoto.

Tutti i composti organici sono basati sul carbonio. Può entrare in legami con molti atomi e loro gruppi, formando catene che differiscono per composizione chimica, struttura, lunghezza e forma. Le molecole sono formate da gruppi di atomi e da questi ultimi composti chimici complessi che differiscono per struttura e funzione. Vengono chiamati questi composti organici che compongono le cellule degli organismi viventi polimeri biologici, O biopolimeri.

Esistono tali livelli di organizzazione della materia vivente: livelli di organizzazione biologica: molecolare, cellulare, tessuto, organo, organismo, specie di popolazione ed ecosistema.

Livello molecolare di organizzazione- questo è il livello di funzionamento delle macromolecole biologiche - biopolimeri: acidi nucleici, proteine, polisaccaridi, lipidi, steroidi. Da questo livello iniziano i processi vitali più importanti: metabolismo, conversione energetica, trasmissione di informazioni ereditarie. In questo livello si studia: biochimica, genetica molecolare, biologia molecolare, genetica, biofisica.

Questo è il livello delle cellule (cellule di batteri, cianobatteri, animali e alghe unicellulari, funghi unicellulari, cellule di organismi multicellulari). Una cellula è un'unità strutturale del vivente, un'unità funzionale, un'unità di sviluppo. Questo livello è studiato da citologia, citochimica, citogenetica, microbiologia.

Livello di organizzazione dei tessuti- Questo è il livello al quale si studia la struttura e il funzionamento dei tessuti. Questo livello è studiato dall'istologia e dall'istochimica.

Livello di organizzazione dell'organo- Questo è il livello degli organi degli organismi multicellulari. Anatomia, fisiologia, embriologia studiano questo livello.

Livello organizzativo dell'organismo- questo è il livello degli organismi unicellulari, coloniali e multicellulari. La specificità del livello organismico è che a questo livello avviene la decodifica e l'implementazione dell'informazione genetica, la formazione di caratteristiche inerenti agli individui di una determinata specie. Questo livello è studiato dalla morfologia (anatomia ed embriologia), fisiologia, genetica, paleontologia.

Livello di popolazione-specieè il livello degli aggregati di individui - popolazioni e specie. Questo livello è studiato da sistematica, tassonomia, ecologia, biogeografia, genetica delle popolazioni. A questo livello si studiano le caratteristiche genetiche ed ecologiche delle popolazioni, i fattori evolutivi elementari e il loro impatto sul pool genetico (microevoluzione), il problema della conservazione delle specie.

Livello di organizzazione dell'ecosistema- questo è il livello di microecosistemi, mesoecosistemi, macroecosistemi. A questo livello vengono studiati tipi di nutrizione, tipi di relazioni tra organismi e popolazioni in un ecosistema, dimensione della popolazione, dinamica della popolazione, densità di popolazione, produttività dell'ecosistema, successioni. Questo livello studia l'ecologia.

Assegna anche livello di organizzazione biosferica materia vivente. La biosfera è un gigantesco ecosistema che occupa parte dell'involucro geografico della Terra. Questo è un mega ecosistema. Nella biosfera avviene la circolazione di sostanze ed elementi chimici, nonché la conversione dell'energia solare.

In totale ce ne sono 8. Cosa è alla base della divisione della fauna selvatica in livelli? Il fatto è che ad ogni livello ci sono alcune proprietà. Ogni livello successivo contiene necessariamente quello precedente o tutti i precedenti. Diamo un'occhiata ad ogni livello in dettaglio:

1. Livello molecolare di organizzazione della fauna selvatica

Sostanze organiche ed inorganiche

i processi di sintesi e decomposizione di queste sostanze,

rilascio e assorbimento di energia

Questi sono tutti processi chimici che si verificano all'interno di qualsiasi sistema vivente. Questo livello non può essere definito "live" al 100%. È piuttosto un "livello chimico", quindi è il primo, il più basso di tutti. Ma è stato questo livello a costituire la base per la divisione della fauna selvatica in regni - secondo la riserva nutritiva: nelle piante - carboidrati, nei funghi - chitina, negli animali - proteine.

Biochimica

· Biologia molecolare

· Genetica molecolare

2. Livello cellulare dell'organizzazione della fauna selvatica

Include il livello molecolare di organizzazione. A questo livello appare già "il più piccolo sistema biologico indivisibile: la cellula". Il tuo metabolismo e la tua energia. L'organizzazione interna di una cellula sono i suoi organelli. Processi vitali: origine, crescita, autoriproduzione (divisione)

Scienze che studiano il livello di organizzazione cellulare:

Citologia

(Genetica)

(Embriologia)

Le parentesi indicano le scienze che studiano questo livello, ma questo non è l'oggetto principale di studio.

3. Livello di organizzazione dei tessuti

Include livelli molecolari e cellulari. Questo livello può essere chiamato "multicellulare" - dopotutto, il tessuto è un insieme di cellule con una struttura simile e che svolgono le stesse funzioni.

La scienza che studia il livello di organizzazione dei tessuti - istologia.

4. Livello degli organi dell'organizzazione della vita

Negli organismi unicellulari questi sono organelli: ognuno ha la propria struttura e funzioni.

Negli organismi multicellulari, questi sono organi che sono combinati in sistemi e interagiscono chiaramente tra loro.

Questi due livelli – tessuti e organi – studiano le scienze:

Botanica - piante,

zoologia - animali,

Anatomia - umana

Fisiologia

· (medicinale)

5. Livello dell'organismo

Include i livelli molecolari, cellulari, tissutali e di organi.

A questo livello, la natura vivente è già divisa in regni: piante, funghi e animali.

Proprietà di questo livello:

Metabolismo (e anche a livello cellulare – vedi, ogni livello contiene quello precedente!)

La struttura del corpo

· Nutrizione

Omeostasi: la costanza dell'ambiente interno

Riproduzione

Interazioni tra organismi

Interazione con l'ambiente

Anatomia

· Genetica

Morfologia

Fisiologia

6. Livello di organizzazione della vita della popolazione-specie

Include livelli molecolari, cellulari, tissutali, organi e organismi.

Se più organismi sono morfologicamente simili (in altre parole, hanno la stessa struttura) e hanno lo stesso genotipo, allora formano un'unica specie o popolazione.

I principali processi a questo livello sono:

L'interazione degli organismi tra loro (competizione o riproduzione)

microevoluzione (cambiamento di un organismo sotto l'influenza di condizioni esterne)

Scienze che studiano questo livello:

· Genetica

Evoluzione

Ecologia

7. Livello biogeocenotico dell'organizzazione della vita (dalla parola biogeocenosi)

A questo livello, quasi tutto è già preso in considerazione:

Interazione degli organismi tra loro: catene e reti alimentari

L'interazione degli organismi tra loro: competizione e riproduzione

L'influenza dell'ambiente sugli organismi e, di conseguenza, l'influenza degli organismi sul loro habitat

La scienza che studia questo livello è Ecologia.

8. Livello biosferico di organizzazione della fauna selvatica (l’ultimo livello è il più alto!)

Include:

L'interazione di componenti viventi e non viventi della natura

Biogeocenosi

Influenza umana - "fattori antropici"

Circolazione delle sostanze in natura

E studia tutto questo - Ecologia!

Della cellula si è cominciato a parlare nel mondo scientifico quasi subito dopo l'invenzione del microscopio.

A proposito, ora ci sono parecchi tipi di microscopi:

Microscopio ottico - ingrandimento massimo - ~2000x (puoi vedere alcuni microrganismi, cellule (piante e animali), cristalli, ecc.

Microscopio elettronico: ingrandisce fino a 106 volte. È già possibile studiare particelle sia di cellule che di molecole: questo è già il livello delle microstrutture

Il primo scienziato che riuscì a vedere le cellule (ovviamente attraverso un microscopio) fu Robert Hooke(1665) - studiò la struttura cellulare principalmente delle piante.

Ma per la prima volta ha parlato di organismi unicellulari: batteri, ciliati A.Van Leeuwenhoek(1674)

La Marco(1809) cominciarono già a parlare di teoria cellulare

Ebbene, già a metà del XIX secolo, M. Schleiden e T. Schwann formularono la teoria cellulare, che ora è generalmente riconosciuta in tutto il mondo.

Tutti gli organismi sono cellulari tranne virus

Cellula- un'unità elementare della struttura e della vita di tutti gli organismi, dotata di un proprio metabolismo, capace di esistenza indipendente, autoriproduzione e sviluppo. Tutti gli organismi viventi, come gli animali multicellulari, le piante e i funghi, sono costituiti da molte cellule o, come molti protozoi e batteri, sono organismi unicellulari. La branca della biologia che si occupa dello studio della struttura e dell'attività delle cellule è chiamata citologia. Recentemente è diventata consuetudine parlare anche di biologia cellulare, o biologia cellulare.

Cellulaè un mini organismo. Ha i suoi "organi": organoidi. L'organoide principale della cellula è il nucleo. Su questa base, tutti gli organismi viventi sono divisi in EUCARIOTICI ("karyo" - il nucleo) - contenenti un nucleo e PROCARIOTICI ("pro" - a) - prenucleari (senza nucleo)

Disposizioni della teoria cellulare di Schleiden-Schwann

1. Tutti gli animali e le piante sono costituiti da cellule.

2. Le piante e gli animali crescono e si sviluppano attraverso l'emergere di nuove cellule.

3. Una cellula è l'unità più piccola di un essere vivente e l'intero organismo è un insieme di cellule.

Le principali disposizioni della moderna teoria cellulare

Una cellula è un'unità di struttura, attività vitale, crescita e sviluppo degli organismi viventi; non c'è vita al di fuori della cellula.

· Una cellula è un unico sistema costituito da molti elementi che sono naturalmente collegati tra loro, rappresentando una certa formazione integrale.

Il nucleo è il componente principale della cellula (eucarioti).

Le nuove cellule si formano solo come risultato della divisione delle cellule originali.

Le cellule di organismi multicellulari formano i tessuti, i tessuti formano gli organi. La vita di un organismo nel suo insieme è determinata dall'interazione delle sue cellule costituenti.

I principali organoidi di una cellula sono quei componenti che sono inerenti a tutte le cellule degli organismi viventi - la "composizione generale":

nucleo: nucleolo, membrana nucleare;

La membrana plasmatica

· reticolo endoplasmatico;

Il centriolo

Il complesso del Golgi

il lisosoma

vacùolo

mitocondri.

Acidi nucleici contenuto nella cellula di qualsiasi organismo. Anche per i virus.

"Nucleo" - "nucleo" - è contenuto principalmente nel nucleo delle cellule, ma è contenuto anche nel citoplasma e in altri organoidi. Esistono due tipi di acidi nucleici: DNA e RNA

DNA - acido desossiribonucleico

RNA - acido ribonucleico

Queste molecole sono polimeri, i monomeri sono nucleotidi - composti contenenti basi azotate.

Nucleotidi del DNA: A - adenina, T - timina, C - citosina, G - guanina

Nucleotidi dell'RNA: A - adenina, U - uracile, C - citosina, G - guanina

Come puoi vedere, non c'è timina nell'RNA, è sostituita dall'uracile -

Oltre a loro, la composizione dei nucleotidi comprende:

carboidrati: desossiribosio - nel DNA, ribosio - nell'RNA. Fosfato e zucchero: fanno parte di entrambe le molecole

Questa è la struttura di base delle molecole.

La struttura secondaria è la forma stessa delle molecole. Il DNA è una doppia elica, l'RNA è una molecola lunga "singola".

Principali funzioni degli acidi nucleici

Il codice genetico è la sequenza di nucleotidi nella molecola del DNA. Questa è la base di qualsiasi organismo, infatti - queste sono informazioni sull'organismo stesso (come qualsiasi persona, il nome completo che identifica una persona è una sequenza di lettere o una sequenza di numeri - una serie di passaporti).

Quindi eccolo qui principali funzioni degli acidi nucleici- nella conservazione, implementazione e trasmissione delle informazioni ereditarie, "registrate" in molecole sotto forma di una sequenza di determinati nucleotidi.

La divisione cellulare fa parte del processo vitale di qualsiasi organismo vivente. Tutte le nuove cellule sono formate da cellule vecchie (madre). Questa è una delle disposizioni principali della teoria cellulare. Ma esistono diversi tipi di divisione, che dipendono direttamente dalla natura di queste cellule.

divisione delle cellule procariotiche

In cosa differisce una cellula procariotica da una cellula eucariotica? La differenza più importante è l'assenza di un nucleo (motivo per cui si chiamano così). L'assenza di un nucleo significa che il DNA si trova semplicemente nel citoplasma.

Il processo è simile al seguente:

replicazione (raddoppio) del DNA ---> la cellula si allunga ---> si forma il setto trasverso ---> le cellule si separano e divergono

divisione delle cellule eucariotiche

La vita di ogni cellula consiste di 3 fasi: crescita, preparazione alla divisione e, appunto, divisione.

Come è preparata la divisione?

Innanzitutto, le proteine ​​vengono sintetizzate

In secondo luogo, tutti i componenti importanti della cellula vengono raddoppiati in modo che ogni nuova cellula disponga dell'intero insieme di organelli necessari per la vita.

In terzo luogo, la molecola del DNA raddoppia e ciascun cromosoma ne sintetizza una copia. Cromosoma doppio = 2 cromatidi (ciascuno con una molecola di DNA).

Questo periodo di preparazione all'illusione è chiamato INTERFASE.