Атом молекула клетка биосфера

Видео: Уровни организации живой материи

Содержание

В уровни организации живых существ они соответствуют классификации строения живых существ. Этот критерий используется для изучения и анализа структуры и функционирования жизни в различных ее проявлениях.

Эта система организации является общей для всех живых существ, населяющих Землю. Поэтому его изучение необходимо для понимания того, как устроена жизнь и как ее следует защищать.

Уровни строения живых существ организованы от самого простого до самого сложного. На первом уровне находятся атомы, которые являются наиболее элементарными единицами и которые, когда сгруппированы вместе, образуют более крупные и более сложные единицы, пока не составляют биосферу.

В этом порядке рассматриваются тринадцать уровней организации: атомы, молекулы, органеллы, клетки, ткани, органы, системы органов, организмы, популяции, сообщества, экосистемы, биомы и биосфера.

Уровни организации живых существ

Атомы

Атом — это основная единица, из которой состоит вся материя. Сюда входят живые существа, а также неорганические вещества.

Атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Эти элементы не составляют целостную единицу материи, поэтому атом считается самой маленькой единицей.

Молекулы

Молекулы образуются в результате образования связей между двумя или более атомами, и они составляют один из наиболее важных и стабильных компонентов вещества.

Органические молекулы образованы в основном связями между атомами углерода с другими элементами, такими как водород, кислород, азот и сера.

Эти химические соединения объединяют клетки, а через них и все человеческое тело.

Органеллы

Органеллы — это небольшие структуры, которые существуют внутри клеток для выполнения функций, необходимых для их функционирования.

Например, митохондрии и хлоропласты — это части клетки, которые играют важную роль в развитии жизни.

Митохондрии производят энергию, питающую клетки, а хлоропласты позволяют растениям фотосинтезировать.

Клетки

Клетки — это самые маленькие единицы в структуре и функционировании живых существ. Они классифицируются как прокариоты и эукариоты.

У прокариотических клеток отсутствует клеточное ядро, и они по большей части представляют собой полноценный одноклеточный организм.

С другой стороны, у эукариотических клеток действительно есть клеточное ядро, в котором они хранят свою генетическую информацию. Эти типы клеток более сложные и группируются с другими клетками того же типа, образуя целые ткани, органы и организмы.

Например, человеческое тело состоит из групп клеток разных типов, сгруппированных вместе. Как клетки кожи, нервы и кости.

Ткани

В многоклеточных организмах клетки, похожие по структуре и функциям, группируются вместе, образуя ткани.

Таким образом, они организованы для выполнения определенной функции или для дополнения других тканей в одном организме.

Человеческое тело состоит из 4 основных тканей: соединительной, эпителиальной, мышечной и нервной. Однако в природе существует огромное разнообразие тканей, будь то растения или другие животные.

Органы

В свою очередь, ткани организованы в органы, которые выполняют определенную функцию в каждом организме.

Все живые существа, растения и животные имеют органы большей или меньшей сложности, которые отвечают за выполнение определенных действий для функционирования организма.

Например, у человека есть такие органы, как сердце, легкие, желудок, кишечник и т. Д. Каждый из этих органов имеет индивидуальные функции, но связан с другими органами.

Системы

Различные органы связаны и связаны друг с другом, образуя системы органов для выполнения определенных функций.

Например, у людей процесс пищеварения происходит благодаря взаимосвязи между различными органами, такими как желудок и кишечник. Система, отвечающая за эту функцию, известна как пищеварительная система.

В целом, млекопитающие объединяют различные системы органов для развития всех своих жизненно важных функций. Например, у человека их одиннадцать: кровеносная, пищеварительная, эндокринная, выделительная, иммунная, покровная, мышечная, нервная, репродуктивная, дыхательная и скелетная системы.

Организмы

Этот набор органов составляют организмы, которые являются отдельными живыми существами вида. Например, каждое растение, каждое дерево и каждый человек являются организмами.

У одноклеточных существ нет органов, однако они также считаются полноценными организмами, поскольку функционируют независимо.

численность населения

Группа из нескольких отдельных организмов вида, обитающих на определенной территории, называется популяцией.

Например, сосны в лесу составляют популяцию, как и люди, занимающие определенное географическое пространство.

Сообщество

Две или более популяций, занимающих одно и то же географическое пространство, составляют сообщество. Сообщества характеризуются отношениями, которые развиваются между популяциями разных видов.

Существуют различные формы взаимоотношений между популяциями разных видов, такие как конкуренция, паразитизм, хищничество, комменсализм и мутуализм.

Во многих случаях выживание популяции на территории связано с этими отношениями, которые она устанавливает с другими видами.

Экосистема

Экосистемы относятся ко всем живым существам, которые связаны в определенной области вместе с неживыми частями этой среды.

Например, в лесу живые особи, такие как деревья и животные, связаны с почвой и дождем, которые не имеют жизни, но необходимы для их выживания.

Биом

Биомы — это биологические объекты, которые объединяют различные экосистемы. Этот уровень организации определяется условиями, необходимыми для выживания определенной группы сообществ.

Например, тропический лес Амазонки — это биом, который объединяет несколько различных экосистем в пределах данной географической области.

Это возможно благодаря особым геологическим и атмосферным условиям, которые позволяют ему развиваться.

Биосфера

Наконец, на высшем уровне организации находится биосфера. Это относится к совокупности всех экосистем и представляет все области земли, где есть жизнь.

Он включает континентальную зону, океаны и даже некоторые области атмосферы, в которых также обитает жизнь.

Источник

Глава 5. Строение материального мира

Границ научного познания и предсказания предвидеть невозможно.

5.1. Структурное строение материального мира

В окружающем нас пространстве материя существует в форме вещества и поля. Вещество в природе находится в виде различных структур, которые определяют строение и свойства окружающего нас материального мира. Слово «строение» в данном случае отражает лестницу объектов, качественно отличающихся или характеризующихся степенью сложности.

Окружающий нас мир современная наука разделяет на три области: микромир, макромир и мегамир (рис. 5.1). Это стало возможным в результате многовекового изучения природы человеком. Микромир — это область природы, доступная человеку через посредство приборов (микроскопы, рентгеноанализ и др.). Закономерности здесь для нас непонятны, и мы экстраполируем сюда наши понятия. Макромир — это область природы, доступная нам, т. е. область наших закономерностей. Мегамир нам труднодоступен; это область крупных объектов, больших размеров и расстояний между ними. Эти закономерности мы изучаем опосредованно. В этих областях имеется следующая иерархия объектов: микромир — это вакуум, элементарные частицы, ядра, атомы, молекулы, клетки; макромир — это макротела (твердые тела, жидкости, газы, плазма), индивид, вид, популяция, сообщество, биосфера; мегамир — это планеты, звезды, галактики, Метагалактика, Вселенная.

5.2. Краткая характеристика микромира

На случаи наталкиваются именно те ученые, которые делают все, чтобы на них натолкнуться.

Вакуум. По представлениям современной науки, вакуум — это отнюдь не пустота или «отсутствие всякого присутствия». Вакуум представляет собой физический объект, в котором непрерывно происходит рождение и уничтожение виртуальных частиц (материализованные порции энергии). Вакуум является динамической системой, обладающей какой-то энергией, которая все время перераспределяется между виртуальными (воображаемыми) частицами. Однако воспользоваться энергией вакуума мы не можем, так как это есть наинизшее энергетическое состояние полей. При наличии внешнего источника энергии можно реализовать возбужденные состояния полей — тогда будут наблюдаться обычные (не виртуальные) частицы. Вакуум способен порождать не только частицы, но и миры. Самопроизвольные флуктуации вакуума рождают вселенные с разным набором

фундаментальных постоянных. В одной из таких областей, видимо случайно, получился набор, годный для появления разумных существ. В ней мы и живем. О других вселенных мы пока ничего не знаем и можем лишь догадываться об их существовании.

Элементарные частицы. По современным представлениям, все элементарные частицы являются наименьшими «кирпичиками», из которых создан окружающий мир. Однако это не означает, что их свойства просты. Для описания поведения элементарных частиц используют наиболее сложные физические теории, представляющие синтез теории относительности и квантовой теории.

Все известные элементарные частицы подразделяются на две группы: адроны и лептоны. Предполагается, что адроны имеют составное строение: состоят из истинно элементарных частиц-кварков. И причем допускается существование шести типов кварков.

Стабильными, т. е. живущими в свободном состоянии неограниченно долго, частицами являются протон, электрон, фотон и, по-видимому, нейтрино всех типов. Время жизни протона составляет 10 31 лет. Самыми короткоживущими образованиями являются резонансы — их время жизни порядка 10 -23 с. В самой природе короткоживущие элементарные образования могут играть роль при самых экстремальных условиях существования вещества и поля, например: в «начальных» стадиях эволюции Вселенной, при образовании таких астрофизических объектов, как «черные дыры», в формировании сердцевины нейтронных звезд.

Объединение релятивистских и квантовых представлений, осуществленное в значительной степени еще в 30-е годы, привело к одному из наиболее выдающихся предсказаний в физике — открытию мира античастиц. Частица и соответствующая ей античастица имеют одинаковые времена жизни, одинаковые массы, их электрические заряды равны, но противоположны по знаку. Самым характерным свойством пары частица-античастица является способность аннигилировать (самоуничтожаться) при встрече с превращением в частицы другого рода. Античастицы

могут собираться в антивещество. Несмотря на микроскопическую симметрию между частицами и античастицами, во Вселенной не обнаружены области со сколько-нибудь заметным содержанием антивещества. Частицы и их античастицы одинаково взаимодействуют с полем тяготения, что указывает на отсутствие «антигравитации».

Ядра. Атомные ядра — это связанные системы протонов и нейтронов. Массы ядер всегда несколько меньше суммы масс свободных протонов и нейтронов, составляющих ядро. Это релятивистский эффект, определяющий энергию связи ядра. Известны ядра с зарядом, равным от одного заряда протона до 109 зарядов протона и с числом протонов и нейтронов (т. е. нуклонов) от 1 до примерно 260. Особенно устойчивыми ядрами, т. е. обладающими наибольшей энергией связи, являются ядра с числами протонов и нейтронов 2,8,20,28,50,82,126, называемых магическими. Плотность числа частиц в многонуклонных ядрах порядка 10 44 нуклонов/м 3 , а плотность массы 10 17 кг/м 3 . «Радиусы» ядер изменяются от2х10 -15 м (ядро гелия) до 7 х 10 — 15 м (ядро урана). Ядра имеют форму вытянутого или сплюснутого эллипсоида (или еще более сложную).

Ядро как квантовая система может находиться в различных дискретных возбужденных состояниях. В основном состояния ядра могут быть стабильными (устойчивыми) и нестабильными (радиоактивными). Время, за которое из любого макроскопического количества нестабильных ядер распадается половина, называют периодом полураспада. Периоды полураспада известных нам элементов изменяются в пределах примерно от 10 18 лет до 10 -10 с.

Атомы. Они состоят из плотного ядра и электронных орбит. Ядра имеют положительный электрический заряд и окружены роем отрицательно заряженных электронов. В целом атом электронейтрален. Атом есть наименьшая структурная единица химических элементов. В отличие от «плотной упаковки» ядерных частиц атомные электроны образуют весьма рыхлые и ажурные оболочки. Существуют жесткие правила «заселенности» электронами орбит вокруг ядра. Электроны, находя-

щиеся на самых верхних этажах «атомного дома», определяют реакционную способность атомов, т. е. их способность вступать в соединение с другими атомами. Здесь мы вступаем в область химии, и условность границ раздела между физикой и химией в данном случае очевидна. У большинства элементов атомы химически нестабильны. Атом стабилен, если его внешняя оболочка заполнена определенным числом электронов (2,8 и др.). Атомы с незаполненными внешними оболочками вступают в химические реакции, образуя связи с другими атомами.

Молекулы. Не всякие атомы способны соединяться друг с другом. Связь возможна в том случае, если совместная орбита целиком заполнена электронами. Такое образование называют молекулой. Молекула есть наименьшая структурная единица сложного химического соединения. Число возможных комбинаций атомов, определяющих число химических соединений, составляет миллионы. Качественно молекула — это определенное вещество, состоящее из одного или нескольких химических элементов, атомы которых за счет обменного химического взаимодействия объединены в частицы. Поскольку электроны в молекулах обобществлены, атомы теряют свою индивидуальность. При затрате определенной энергии устойчивая молекула может быть разложена на атомы.

Некоторые атомы (например, углерода и водорода) способны образовывать сложные молекулярные цепи, являющиеся основой для образования еще более сложных структур (макромолекул), которые проявляют уже биологические свойства, т. е. свойства живого (рис. 5.2).

Клетка. За 3 млрд лет существования на нашей планете живое вещество развилось в несколько миллионов видов, но все они — от бактерий до высших животных — состоят из клеток. Клетка — это организованная часть живой материи: она усваивает пищу, способна существовать и расти, может разделиться на две, каждая из которых содержит генетический материал, идентичный исходной клетке. Клетки служат элементарными структурами на онтогенетическом уровне организации жизни. Клетка состоит из ядра и цитоплазмы (рис. 5.3). От окружающей

среды клетка отделена плазматической мембраной, которая регулирует обмен между внутренней и внешней средой и служит границей клетки. В каждой клетке содержится генетический материал в форме ДНК, регулирующей жизнедеятельность и самовоспроизведение. Размеры клеток измеряются в микрометрах (мкм) — миллионных долях метра и нанометрах (нм) — миллиардных долях. Например, соматическая животная клетка средних размеров имеет 10-20 мкм в диаметре, растительная — 30-50 мкм; длина хлоропласта цветкового растения — 5-10 мкм, бактерии — 2 мкм. Клетки существуют как самостоятельные организмы (простейшие бактерии) или входят в состав многоклеточных организмов. Половые клетки служат для размножения, соматические (от греч. soma — «тело») клетки отличаются по строению и функциям (нервные, мышечные, костные). Клетки отличаются своими размерами, формой. В клетках имеются органеллы, выполняющие свой набор функций.

Источник