какие уровни организации живой материи изучает экология
Общая экология
Общая экология — это наука об экосистемах, которые включают в себя живые организмы и неживую вещество, с которым эти организмы постоянно взаимодействуют. По определению Всеволода Анатольевича Радкевича (1998) «… Экология — это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов в их естественной среде, и с учетом изменений, которые вносит в эту среду деятельность человека …». Подобное, но точное определение экологии дает Игорь Александрович Шилов (2001), трактуя ее «… как науку о закономерностях формирования, развития и устойчивости биологических систем разного ранга в их взаимоотношениях со средой …». Итак, предметом ее исследований является макросистемы: популяции, биоценозы, экосистемы, и их динамика во времени и пространстве.
Общая экология и уровне организации жизни
Чтобы лучше понять содержание общей экологии, следует рассмотреть концепцию уровней организации жизни (биологический спектр). Все уровни живой материи можно представить в виде иерархической схемы (по Ю. Одум, 1975):
Взаимодействие живого вещества (материи) с другими веществами (или энергией) на каждом уровне организации обусловливает формирование и существование определенных упорядоченных систем. Все эти системы взаимосвязаны друг от друга и между уровнями организации нет резких разрывов. Невозможно даже представить существование генов вне клеток, клеток вне органов, органов вне организмами и т. Д.
Учитывая тесную функциональную связь между организменном, популяционно-видовым и экосистемным уровнями и автономность существования их систем, основным содержанием общей экологии следует считать исследование взаимоотношений живых организмов (особей) между собой и со средой обитания на популяционно-биоценотичному уровне и уровне биологических систем еще более высокого ранга (биогеоценозов и биосферы), а наименьшей единицей является организм, или особь.
В зависимости от того, какой уровень организации экосистем изучается, экология делится на отрасли аутэкологию и синекологии.
Аутэкология изучает жизненные циклы и отношение к факторам среды отдельных особей или видов. Цель ее заключается в том, чтобы выявить характер приспособления к жизни в конкретном биоценозе, их роль в экосистеме. Некоторые ученые (Радкевич, 1998) считают, что аутэкология изучает взаимоотношения с внешней средой только отдельных особей, а взаимоотношения ценопопуляций со средой изучает демэкология, взаимоотношения видов — ейдекология.
Синэкология, она же биоценология, изучает все комплексы видов (ценопопуляций) в биоценозах, то есть экосистемах, изучает законы их совместного сосуществования в биоценозе в зависимости от условий внешней среды. Она базируется на аут-, дем- и ейдоекологии, но ей присущ общебиологический характер, поскольку ее исследования направлены на многовидовые взаемовпорядковани комплексы, существующие в строго определенном физико-химической среде.
Жизнедеятельность экосистем чрезвычайно сложная. Живая и неживая вещество в экосистемах структурированные и охвачены бесчисленными преобразованиями или процессами, в ходе которых автотрофным и хемотрофных организмами увлекаются из внешней среды атомы многих химических элементов (углерод, водород, кислород, сера, фосфор, калий, кальций, магний, железо, медь и и т.п.) и энергия, которые затем используются другими организмами: консументами (потребители растительной массы) и грибами, а затем, по мере гибели организмов-продуцентов, грибов и консументов, переходят к организмам-редуцентов, которые раскладывают мертвую органическое вещество и возвращают составляющие атомы этой вещества во внешнюю среду. При этом энергия химических связей организмов-продуцентов и организмов-хемосинтетики частично используется консументами, грибами и редуцентами, а частично высвобождается во внешнюю среду в виде тепла, в виде окислов, образующихся при выделении растениями в атмосферу кислорода. Или консервируются в виде химических связей сложных органических веществ, которые накапливаются в почве (гумус) и литосфере (торф, бурый и каменный уголь). Все процессы идут непрерывно, подчиняясь своим законам. На природные процессы накладываются антропогенные. Последние, как правило, сказываются отрицательно на функционировании экосистем. Изучить и понять эти закономерности и есть главная задача общей экологии.
Положения общей экологии в системе наук
Структура общей экологии
Как экосистемы образованы различными группами организмов, так и общая экология характеризуется сложной структурой, подразделяясь на множество направлений, в свою очередь, состоят из частного наук. Сначала появилось много частного экологических дисциплин, гораздо позже — комплексные. Общая экология формируется только сегодня и «подпитывается» всеми частному. Несмотря на нерешенность своих самых фундаментальных проблем, она переживает настоящий бум популярности.
Разумеется, общая экология тесно связана со всеми частное (экология растений, экология животных, микробиология, экология океана, экология человека) и комплексными (геоботаника, лесное хозяйство, почвоведение, ландшафтоведение, гидробиология, биоценология т.д.) экологическими отраслями, но она не есть простая сумма этих наук. Общеизвестно, что частное науки изучают всесторонне конкретные объекты органического мира («все об одном»), а общие — весь органический мир в одном направлении («немного обо всем»). Для частного наук важнейшим единицей является организм или совокупность организмов одного вида, для комплексных наук — конкретные условия среды (почва, лес, вода) и взаимоотношения живых организмов с этими условиями, а для общей экологии — экосистема ранга биогеоценоза, то есть вся совокупность видов, составляют биоценоз, и вся совокупность факторов среды, определяющих существование данного биоценоза с учетом неизбежного антропогенного воздействия, а организм или вид — наименьшей единицей.
Чтобы раскрыть законы взаимоотношений составных частей экосистем необходимо иметь представление о различных аспектах функционирования этих составных частей, поэтому выделение отраслей и дисциплин в общей экологии, классификации их также целесообразно, как и в любой другой биологической науке.
Классификации структуры общей экологии
Авторы существующих классификаций обращают внимание на сложность и многогранность общей экологии. В общей экологии выделяются следующие направления:
По размерам объектов изучения (экосистемных исследования)
Указанные подразделения объективно отражают организацию проведения исследований на различных уровнях биологической спектра. Последние две отрасли слишком молоды и еще не имеют специальных названий или они не устоялись (мегаекология, панекология, биосферологии).
Одум и В. А. Радкевич выделяют в экологии 3 основных блока
биоэкологии, экосистемы и земные сферы, Человек и природа.
1. Биоэкология — ранний направление, положение его являются фундаментальными для других направлений. Основу биоэкологии составляют экологии систематических или таксономических отделов органического мира:
Последние три, в свою очередь, делятся на более мелкие.
3. Человек и природа — сюда входят науки, изучающие взаимосвязь и взаимодействие человека со средой обитания, и прикладная экология человека с целью связать разработки из вышеуказанных двух разделов с практическими проблемами:
Классификация Анатолия Сергеевича Степановский (2001)
По отношению к предметам изучения
По отношению к условиям среды
По отношению к типу растительного покрова
По отношению к ландшафтному (географического) положения
По отношению к фактору времени
По проблемам взаимоотношений природы и человека
С каждым годом все более актуальными становятся проблемы взаимоотношений природы и человека, что привело к формированию такого современного направления, как экология ноосферы, или социальная экология. Ее проблемы выходят за рамки экологии, как биологической науки, и рядом с экосистемного подхода включают экономически хозяйственный, социальный, политический аспекты. Они представлены многочисленными «Экология»:
И. А. Шилов выделяет 5 направлений
Многие процессы являются общими для всех уровней. Их характеристики, установленные для одного уровня (клеточного, организменного) могут быть высокоинформативными и для других уровней (популяционного, экосистемного) и точно также данные одной области наук могут оказаться общими для всех уровней организации. Но при изучении их используются различные методы, разные подходы, разные единицы учета и измерения. Соответственно и в интерпретации полученной информации по каждому уровню есть свои особенности.
Уровни организации живой материи. Объекты изучения в экологии
Уровни организации живой материи – это условное обозначение, принятое для классификации всех живых организмов на нашей планете. Живая природа Земли поистине разнообразна. Организмы могут принимать различные размеры: начиная от простейших и одноклеточных микробов, переходя к многоклеточным существам, и заканчивая самыми крупными животными на земле – китами. Эволюция на Земле происходила таким образом, что организмы развивались от простейших (в прямом смысле) к более сложным. Так, то возникая, то исчезая, новые виды совершенствовались в ходе эволюции, принимая все более причудливый облик.
Чтобы систематизировать это невероятное количество живых организмов, и были введены уровни организации живой материи. Дело в том, что, несмотря на различия во внешнем виде и в строении, все организмы живой природы имеют общие черты: они так или иначе состоят из молекул, имеют в своем составе повторяющиеся элементы, в том или ином смысле – общие функции органов; они питаются, размножаются, стареют и умирают. Иными словами, свойства живого организма, несмотря на внешние различия, схожи. Собственно, ориентируясь на эти данные, можно проследить, как проходила эволюция на нашей планете. Итак, рассмотрим уровни организации живой материи более подробно.
1) Молекулярный уровень присущ всем организмам. В рамках этого уровня происходят невидимые невооруженным глазом процессы, имеющие место в любом живом организме: синтез и распад питательных, строительных или защитных веществ. Это уровень крупных молекулярных соединений (белки, нуклеиновые кислоты и т. д.)-
2) Надмолекулярный или субклеточный. Уровень, на котором происходит структуризация молекул в органоиды клетки: клеточная мембрана, хромосомы, вакуоли, ядро и т. д
3) Клеточный. На этом уровне материя представлена в виде элементарной функциональной единицы – клетки.
4) Органно-тканевой уровень. Именно на этом уровне образуются все органы и ткани живого организма вне зависимости от их сложности: головной мозг, язык, почка и др. При этом следует иметь в виду, что ткань – совокупность клеток, объединенных общим строением и функцией. Орган – часть организма, в «обязанности» которой входит выполнение четко определенной функции.
5) Онтогенетический или организменный уровень. На этом уровне различные по функциональности органы объединяются в целостный организм. Говоря иначе, этот уровень представлен уже целостным индивидом любого вида.
6) Популяционно-видовой. Организмы или индивиды, имеющие сходное строение, функции и схожий облик и тем самым относящиеся к одному виду, включаются в одну популяцию. В биологии под популяцией понимают совокупность всех особей данного вида. В свою очередь, все они образуют генетически единую и обособленную систему. Популяция обитает в определенном месте – ареале и, как правило, не пересекается с представителями других видов. Вид, в свою очередь, представляет собой совокупность всех популяций. Живые организмы могут скрещиваться и производить потомство лишь в рамках своего вида.
7) Биоценотический. Уровень, на котором живые организмы объединяются в биоценозы – совокупность всех популяций, проживающих на конкретной территории. Принадлежность к тому или иному виду в этом случае не имеет значения.
8) Биогеоценотический. Этот уровень обусловлен образованием биогеоценозов, то есть совокупности биоценоза и неживых факторов (почва, климатические условия) в той области, где биоценоз обитает.
9) Биосферный. Уровень, объединяющий все живые организмы на планете. Таким образом, уровни организации живой материи включают в себя девять пунктов. Подобная классификация определяет существующую в современной науке систематизацию живых организмов.
Объект изучения в экологии. Экология занимается изучением организма во всей совокупности его взаимоотношений со средой. Таким образом, предметом экологии являются – популяции видов, а объектом – взаимоотношения этих популяций с живой (другие организмы) и неживой природой.
Казалось бы, этим же занимается и физиология, но, как отмечает Плантефоль: физиолог изучает организм, помещенный в искусственные условия. Эколог же рассматривает организм не в теоретически созданной среде (всегда себе подобной вплоть до отдельного фактора), а в окружающем мире, в котором действуют постоянно меняющиеся силы. Существует масса примеров несоответствия результатов, полученных в лабораторных условиях, и наблюдаемых в природе. Например, размножение диатомовых водорослей в культуре. Разумеется, приведенные факты не означают, что лабораторные исследования не представляют интереса. Напротив, они необходимы, но нельзя бездумно внедрять в природу результаты экспериментов.
Из всего вышесказанного вы согласитесь с мнением другого французского исследователя Лабейри, что экология – это все-таки наука о реальном. Это естественная наука, но вид исследуется экологией не на уровне отдельно взятой особи (особь остается объектом исследования морфологии, систематики, физиологии), а всей популяции, т.е. совокупности особей, которая занимает определенную территорию и обновляется во времени. Для выделения вида как основной структурной единицы живого вещества используются два подхода. Вид может определяться как совокупность организмов, обладающих единством морфологических признаков (морфологический вид). Другой подход базируется на особенностях биологии размножения и экологии (биологический вид). Вид – это совокупность сходных между собой особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и в репродуктивном отношении изолированных от других сходных совокупностей особей. Вид обладает единым геномом и ареалом. В экологическом отношении для особей одного вида характерны одни и те же взаимоотношения со средой обитания (единство ареала). Вид состоит из популяций особей.
Положение экологии в системе естественных наук обеспечивает ее теснейшую связь с биологией (систематика, зоология, ботаника, физиология, генетика и др.), географией (ландшафтоведение, биогеография, климатология, медицинская география, демография и др.), медициной (гигиена, токсикология, бактериология, эпидемиология и др.,), с социальными науками (социология, психология, лингвистика, экономика и др.), с рядом правовых (экологическое право) и естественных наук (физика, химия, математика и кибернетика).
2. Передача энергии по цепям питания. Правило 10%.
Цепь питания – перенос энергии от его источника через ряд организмов. Все живые организмы связаны между собой энергетическими отношениями, поскольку являются объектами питания других организмов. Травоядные животные (потребители первого порядка) поедают растения, первичные хищники (потребители второго порядка) поедают травоядных, вторичные хищники (потребители третьего порядка) поедают хищников помельче. Таким образом, создаются пищевые цепи из продуцентов и консументов, которые на разных этапах смыкаются с сообществом редуцентов.
Каждый из уровней питания называется трофическим уровнем. Фактически при поедании организмами друг друга по трофическим уровням переносится энергия. В каждом последующем трофическом звене количество энергии убывает. Это связано с тем, что какое-то количество энергии, поступившей в трофический уровень, всегда будет рассеиваться в виде тепла. Солнечная энергия, попадающая на фотосинтезирующие органы растений, аккумулируется во вновь образующихся органических соединениях. Эта энергия используется продуцентами по-разному. Часть ее тратится на дыхание, т.е. на биологическое окисление, часть запасается в виде вновь возникшей биомассы.
Биомасса – это масса организмов определенной группы или сообщества в целом. Некоторую долю созданной продуцентами биомассы съедают травоядные животные. Хищники потребляют травоядных животных и получают долю энергии. Большая часть энергии, полученная консументами с пищей, тратится на процессы, происходящие в клетках, а также выводится с продуктами жизнедеятельности в окружающую среду. Меньшая часть энергии идет на увеличение массы тала, рост и размножение. Часть биомассы продуцентов, не съеденная животными, отмирает, и с отмершей биомассой аккумулированная в ней энергия поступает в почву в виде растительного опада.
Растительный и животный опад (трупы, экскременты) пища редуцентов. Определенное количество энергии запасается в биомассе редуцентов, а часть рассеивается. Таким образом, энергия аккумулируется на уровне продуцентов, проходит через консументы и редуценты, входит в состав органических веществ, почвы, и рассеивается при разрушении ее разнообразных соединений. Через любую экосистемы проходит поток энергии, определенная часть которого используется каждым живым существом.
При переходе энергии с одного уровня на другой часть ее безвозвратно теряется: в виде теплового излучения (затраты на дыхание), в виде отходов жизнедеятельности. Поэтому количество высокоорганизованной энергии постоянно уменьшается при переходе с одного трофического уровня на последующий. В среднем на данный трофический уровень поступает ≈ 10 % энергии, поступившей на предыдущий трофический уровень; эта закономерность называется правилом «десяти процентов», или правилом экологической пирамиды. Поэтому количество трофических уровней всегда ограничено (4-5 звеньев), например, уже на четвертый уровень поступает только 1/1000 часть энергии от поступившей на первый уровень.
Все типы пищевых цепей всегда существуют в сообществе таким образом, что член одной цепи является также членом другой. Соединения цепей образую пищевую сеть экосистемы. Угнетение или разрушение любого звена экосистемы с неизбежностью отразится на экосистеме в целом.
Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ
Уровни организации живой природы
Выделяют 8 уровней.
Каждый уровень организации характеризуется определенным строением (химическим, клеточным или организменным) и соответствующими свойствами.
Каждый следующий уровень обязательно содержит в себе все предыдущие.
Давайте разберем каждый уровень подробно.
8 уровней организации живой природы
1. Молекулярный уровень организации живой природы
Молекулярный уровень затрагивает все биохимические процессы, которые происходят внутри любого живого организма — от одно- до многоклеточных.
Поэтому именно он лег в основу классификации Живой природы на царства — какое питательное вещество является основным у организма: у животных — белок, у грибов — хитин, у растений это- углеводы.
Науки, которые изучают живые организмы именно на этом уровене:
2. Клеточный уровень организации живой природы
Включает в себя предыдущий — молекулярный уровень организации.
На этом уровне уже появляется термин «клетка» как «мельчайшая неделимая биологическая система»
Науки, изучающие клеточный уровень организации:
Генетика и эмбриология изучают этот уровень, но это не основной объект изучения.
3. Тканевый уровень организации:
Включает в себя 2 предыдущих уровня — молекулярный и клеточный.
Этот уровень можно назвать «многоклеточным» — ведь ткань представляет собой совокупность клеток со сходным строением и выполняющих одинаковые функции.
4. Органный (ударение на первый слог) уровень организации жизни
Тканевый и органный уровни организации — изучают науки:
5. Организменный уровень
Включает в себя все предыдущие уровни: молекулярный, клеточный, тканевый уровни и органный.
На этом уровне идет деление Живой природы на царства — животных, растений и грибов.
Характеристики этого уровня:
6. Популяционно-видовой уровень организации жизни
Включает молекулярный, клеточный, тканевый уровни, органный и организменный.
Если несколько организмов схожи морфологически (проще говоря, одинаково устроены), и имеют одинаковый генотип, то они образуют один вид или популяцию.
Основные процессы на этом уровне:
Науки, изучающие этот уровень:
7. Биогеоценотический уровень организации жизни
На этом уровне уже учитывается почти все:
Наука, изучающая этот уровень — Экология
Ну и последний уровень — высший!
8. Биосферный уровень организации живой природы
Он включает в себя:
Экология. 10 класс
Конспект урока
Урок 3. Уровни организации жизни на Земле
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:
На уроке мы узнаем:
Основная и дополнительная литература (точные библиографические данные с указанием страниц):
1. Экология. 10–11 классы: учеб. пособие для общеобразоват. организаций: базовый уровень / М. В. Аргунова, Д. В. Моргун, Т. А. Плюснина. – 2-е изд. – М.: Просвещение, 2018. – 143 с.
2. Крискунов Е.А., Пасечник В.В. Экология. 10–11 кл. М.: Дрофа, 2010.
3. Сколько видов живых существ обитает на нашей планете? National Geographic, 4 мая 2016: http://www.nat-geo.ru/nature/860165-skolko-vidov-zhivykh-sushchestv-obitaet-na-nashey-planete/
Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии):
Теоретический материал для самостоятельного изучения:
Системный подход предполагает рассмотрение объекта исследования как системы взаимосвязанных элементов. Жизнь на нашей планете представляет собой упорядоченную систему.
Третий уровень организации природы — сообщества, или биоценозы.
Ключевые экологические принципы:
1) Принцип цикличности;
2) Принцип отрицательной обратной связи;
3) Принцип биологического разнообразия.
Уровни организации жизни на Земле: интересные факты
1.Землю населяют примерно триллион различных видов живых организмов.
2. В 1 грамме почвы могут находиться до миллиона организмов.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий):
1. Текст задания: Впишите в текст пропущенные слова.
Расставьте в порядке возрастания уровни организации природных систем.
Тип вариантов ответов: (Текстовые, Графические, Комбинированные):
Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):