Что такое онтогенетический уровень
Что такое онтогенетический уровень
Итак, в живой природе (живом материальном мире, живой материи) можно выделить 2 структурных (системных) уровня: онтогенетический (уровень особи, индивидуума) и филогенетический (уровень объединения особей: от популяций до живого вещества, или биострома), которые различаются рядом существенных особенностей. В каждом из них можно выделить ряд подуровней структурной (системной) организации.
Рассмотрим отдельные подуровни онтогенетической организации, начав с низшей ступени, на которой смыкаются биологический и химический уровни организации природы (материального мира, материи).
Молекулярный (биохимическо-генетический) подуровень. Это подуровень взаимодействия молекул различных веществ с другими молекулами, атомами, в результате чего одни вещества превращаются в другие с образованием новой целостности (в том числе биополимеров, молекулярно-атомных и межмолекулярных комплексов, например, гемоглобина, хлорофилла, ферментов, белково-нуклеиновых комплексов), а также разделения молекул на фрагменты, изменения структуры молекул, потери молекулой электрона под воздействием физических факторов (квантов света, ионизирующих излучений и т.п.) с последующими превращениями. Изучение живого на этом подуровне помогает понять процессы превращения в нем веществ и энергии, лежащие в основе дыхания, пищеварения, самообновления и других физиологических функций живых тел (особей, индивидов) и составляющих их клеток, молекулярные механизмы наследственности и изменчивости, молекулярные механизмы передачи информации и саморегуляции.
Субклеточный подуровень. Это подуровень взаимодействия молекул и надмолекулярных комплексов с образованием новых различных целостных клеточных структур (образований), в том числе органоидов (органелл), а также взаимодействия органоидов (органелл) с образованием их комплексов (например, шероховатого ЭПР). Изучение живого на этом подуровне помогает понять процессы образования и разрушения, а также функционирование различных клеточных структур, обусловливающих морфо-функциональные особенности той или иной клетки, участвующей в образовании любого организма (живого тела, особи, индивида).
Клеточный подуровень. Это подуровень взаимодействия различных клеточных структур (образований), в том числе органоидов (органелл), а также неоформленных элементов клетки (например, матрикса, ядерного сока) с образованием новой целостности – клетки. Клетка является той фундаментальной моделью живой материи (живой природы), которая помогает понять общее и особенное в структуре и функционировании любого организма (живого тела, особи, индивида). Например, изучение одноклеточного организма сводится к изучению его единственной клетки. Изучение той или иной специализированной клетки многоклеточного организма помогает понять целесообразность такой специализации для всего организма в целом.
Тканевый подуровень. Это подуровень взаимодействия одинаковых клеток, имеющих общность (единство) происхождения, строения и функционирования (реже с дополняющими их отличающимися клетками-спутницами), с образованием новой целостности – ткани, являющейся структурно-функциональной частью органа. Тканевый подуровень имеется только у многоклеточных организмов с дифференцировкой клеток. Изучение живого на этом подуровне помогает лучше понять структуру и функционирование органа многоклеточного организма.
Органный подуровень. Это подуровень взаимодействия различных тканей с образованием новой целостности – органа, являющегося структурно-функциональной частью многоклеточного организма с дифференцировкой клеток. Изучение живого на этом подуровне помогает лучше понять структурную и функциональную дифференцировку тела многоклеточного организма (живого тела, особи, индивида) с дифференцировкой клеток.
В связи с тем, что молекулярный, субклеточный, тканевый и органный подуровни организации живого тела (особи, индивида) – онтогенетической системы – существуют неразрывно с ним и выделяются условно, а клеточный подуровень либо также существует неотделимо от колониального и многоклеточного живого тела (особи, индивида) и выделяется условно, либо отождествляется с одноклеточным живым телом (особью, индивидом), именно живое тело (особь, индивид) – онтогенетическую систему – можно рассматривать в качестве самостоятельной структурной и функциональной единицы всего живого, наименьшей самостоятельной живой системы и наименьшего элемента живых филогенетических систем. Выделенные человеком из живого тела (особи, индивида) и поддерживаемые в течение какого-то времени в искусственных условиях в функциональном состоянии субклеточные, клеточные (из колониального и многоклеточного), тканевые и органные структуры следует, наверное, рассматривать в качестве искусственных живых систем, так как без соответствующего поддержания со стороны человека они самостоятельно существовать не смогут и погибнут. Поэтому вряд ли их можно относить к структурным и функциональным единицам всего живого. Они также могут рассматриваться в качестве элементов только лишь искусственных живых систем. А выделенные человеком из живого тела (особи, индивида) молекулярные структуры, например, ферменты, нельзя уже называть живыми, даже если они сохраняют свою активность.
Из живых тел (особей, индивидов) формируется филогенетический уровень организации живого (соответственно образуются филогенетические живые системы), который, в свою очередь, также делится на ряд подуровней, различающиеся своими особенностями.
Популяционный подуровень – это подуровень взаимодействия незначительно различающихся живых тел (особей, индивидов), имеющих общность (единство) происхождения, строения и функционирования с образованием новой целостности – популяции, являющейся структурно-функциональной частью вида. Образующие популяцию живые тела (особи, индивиды) имеют довольно-таки тесный контакт ввиду отсутствия территориальной (пространственной) и экологической изоляции. Сам термин «популяция» был введен одним из основателей генетики – Вильгельмом Иогансеном, который с его помощью обозначал генетически неоднородную совокупность организмов в отличие от однородной, которую он называл «чистой линией». По современным представлениям популяция – это целостная система организмов (особей, индивидов) одного вида, обладающих единым генофондом (совокупностью генов), занимающая определенную (единую) территорию. Особи, образующие популяцию, непрерывно взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой, вследствие чего популяция оказывается способной к трансформациям, изменению своей структуры, своего ареала и, самое главное, к саморазвитию (эволюции). Определить границу между популяциями одного и того же вида чрезвычайно трудно, так как в силу подвижности компонентов популяции, т.е. составляющих ее организмов (особей, индивидов), происходит непрерывное перемешивание ее населения с населением соседних популяций того же вида. Другая трудность – в наличии внутри популяций различных группировок и существовании популяций разных рангов. Популяция является простейшей надорганизменной живой системой, образующей первый филогенетический подуровень организации живого. По современным представлениям, именно популяции служат элементарными единицами эволюции. На этом уровне начинается биологический эволюционный процесс.
Видовой подуровень – это подуровень взаимодействия различных популяций, имеющих общность (единство) происхождения и сходство строения и функционирования с образованием новой целостности – вида. Образующие вид популяции не имеют такого тесного контакта, как особи (индивиды) внутри популяции ввиду наличия территориальной (пространственной) и (или) экологической изоляции. Популяции, образующие вид, непрерывно взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой, вследствие чего вид оказывается способным к трансформациям, изменению своей структуры, своего ареала и, самое главное, к саморазвитию (эволюции). Вид является более сложной надорганизменной живой системой, образующей второй филогенетический подуровень организации живого. На этом подуровне продолжает реализовываться биологический эволюционный процесс.
Биоценотический подуровень – это подуровень взаимодействия популяций разных видов с образованием новой целостности – биоценоза (сообщества), являющегося структурно-функциональной частью живого вещества (биострома). Каждый биоценоз (сообщество) – исторически сложившаяся устойчивая целостная система популяций разных видов, занимающих определенную (единую) территорию и связанных друг с другом и с окружающей средой потоками вещества и энергии. Популяции разных видов, образующие биоценоз (сообщество), непрерывно взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой, вследствие чего биоценоз (сообщество) оказывается способным к трансформациям, изменению своей структуры, своего ареала и, самое главное, к сукцессии (саморазвитию). Биоценоз (сообщество) является еще более сложной надорганизменной живой системой, образующей третий филогенетический подуровень организации живого.
Подуровень живого вещества (биострома) – это подуровень взаимодействия всех биоценозов (сообществ) с образованием новой целостности – живого вещества (биострома). Живое вещество (биостром), по определению В.И. Вернадского, представляет собой совокупность всех живых организмов планеты Земля, а, следовательно – наиболее обширное объединение живого. Разные биоценозы, образующие живое вещество (биостром), непрерывно взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой, прежде всего, потоками вещества и энергии, вследствие чего живое вещество (биостром) оказывается способным к трансформациям, изменению своей структуры и, самое главное, к саморазвитию (эволюции). Живое вещество (биостром) является самой сложной надорганизменной живой системой, образующей четвертый и последний филогенетический подуровень организации живого. На этом подуровне продолжает реализовываться биологический эволюционный процесс. По мнению В.И. Вернадского, вклад живого вещества в целом в энергетику и круговороты вещества в планетарном масштабе огромен. Хотя живое вещество по объему и массе составляет незначительную часть планеты Земля, но оно играет основную роль в геологических процессах, связанных с изменением облика нашей планеты.
Таким образом, в функционировании и развитии живой природы (живой материи) особенно наглядно и убедительно выступают ее структурность, а также целостность и системность, которые проявляются в существовании различных иерархических структурных (системных) уровней и подуровней ее структурной (системной) организации. При этом каждый новый уровень (подуровень) характеризуется особыми свойствами и закономерностями, не сводимыми к закономерностям прежнего, низшего уровня (подуровня). На филогенетических подуровнях особое значение имеют проблемы вещественно-энергетического взаимодействия между их элементами, которые относятся, прежде всего, к изучению их трофических (пищевых) связей. Именно на этой основе происходит разграничение популяций и видов, с одной стороны, и биоценозов (сообществ) и живого вещества (биострома) – с другой стороны. Популяции и виды представляют собой незамкнутые, открытые живые системы, поддерживающие только потоки вещества, так как все особи (индивиды) популяции или же популяции системы вида питаются практически одинаково при отсутствии их экологической специализации. В отличие от них во многих биоценозах (сообществах), а также живом веществе (биостроме) – также незамкнутых, открытых живые системах – наряду с потоком вещества может поддерживаться и его круговорот, если в них имеет место взаимодействие автотрофных, гетеротрофных и сапротрофных популяций разных видов (видов), относящихся к таким экологическим группам, как продуценты, консументы и редуценты. Причем для подуровня популяции или вида трофическое разнообразие не характерно, а живая система подуровней биоценоза (сообщества) и живого вещества (биострома) является тем жизнеспособней и устойчивей, чем многозвеннее и разветвленней формируются из ее элементов трофические сети. Отсюда становится ясным, что с биологической точки зрения на таком подуровне структурной (системной) организации живого, как биоценоз (сообщество) и живое вещество (биостром) решающее значение приобретает трофический характер взаимодействия между составляющими данную живую систему элементами.
Онтогенетический уровень
«Минимальной живой системой» является простейшая живая клетка. Она
наделена всеми функциями, присущими многоклеточному организму:
обменивается с окружающей средой, растет и увеличивает свой объем, делится
и размножается, обладает системами метаболизма или биохимической
регуляции.
5.4.1. Открытие клетки английским натуралистом Гуком.
Изучение строения клетки Шванном
Когда Янсенс в 1590 году и Галилей в 1610 году сконструировали микроскоп, появились возможности для изучения многих биологических проблем нового типа. Одним из первых использовал микроскоп Роберт Гук(1635-1704), который исследовал строение животных и растительных тканей. При помощи микроскопа с увеличением примерно в 30 раз Гук обнаружил клеткина срезе пробки. Позже Левенгук,пользуясь линзами, дававшими увеличение в 270 раз, описал сперматозоиды человека, бактерии простейших и ядра в клетках крови. Эти наблюдения за клетками не сопровождались какими-либо существенными успехами в теоретическом отношении до тех пор, пока в начале XIX в. не была сформулирована клеточная теория.
«Все клетки возникают только в результате деления существовавших ранее клеток».
В 1880 г. Флемингописал хромосомы и последовательность событий при митозе, а в 90-х годах прошлого века были выяснены и более сложные явления, происходящие в клеточном ядре во время мейоза.
5.4.2. Деление всего живого мира на прокариоты и эукариоты
В 60-е годы микробиологи Р. Стэниэри К. Ван-Нилпредложили «поделить» весь живой мир по уровню клеточной организации на прокариотыи эукариоты.Проведя детальный анализ структур и функций множества бактерий, ученые обнаружили сходство между некоторыми из них, связанное со строением их клеток. Критериями для них являлись организация генетического аппарата, структура мембран и цитоплазмы, строение органов передвижения и
5.4.3. Функционирование на онтогенетическом уровне
5.5. Популяционно-биоценотический уровень
На популяционно-биоценотическом уровне решающую роль играет взаимодействие составляющих его сочленов. Это взаимодействие носит трофический характер,т. е. происходит обмен веществами и энергией между популяциями или биоценозами.
Эволюционное направление в популяционнрй биологии связано с развитием учения о микроэволюции,т.е. об эволюционных процессах, происходящих за относительно короткие промежутки времени на ограниченных территориях, включающих в себя явления, протекающие в популяциях и завершающиеся видообразованием.
Биосферный уровень
Сегодня общепризнанной (особенно в отечественной науке) является та система взглядов на биосферу, которую создал В. И. Вернадский (1863-1945).
Сам Вернадский ссылается на Ж.- Б. Ламарка, заметив, что «он дал нам представление о роли биосферы в истории нашей планеты». Однако, Ламарк не пользовался термином биосфераи в своем труде «Гидробиология» (1802 г.) говорил лишь о том, что «все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов».
Эту идею разделяли многие ученые XVIII-XIX вв. Например, немецкий естествоиспытатель А. Гумбольдв своих «Картинах природы» (1826 г.) ввел понятие “жизненная сила”, под которой он понимал специфическую оболочку Земли, где в единую целостную систему объединены процессы, протекающие в атмосфере, на морях и на суше, а также весь органический мир. Позднее, в 1869 году немецкий агроном Ф. Ратцельназвал поверхность Земли пространством жизни, а французский географ Э.Реклюв своем труде «Земля» дал красочное описание роли мира живых организмов в преобразовании лика Земли.
Однако, Зюсс ничего не говорил о геологической роли биосферы и ее зависимости от планетарных факторов Земли. Впервые идею о геологических функциях «живого вещества”, представленного совокупностью всего органического мира в виде » единого нераздельного целого» высказал В. И. Вернадский в 1919 г.
5.6.1. Учение В. И. Вернадского о биосфере
Что касается происхождения такого фундаментального свойства живого вещества, то подобно Пастеру, Вернадский рассматривал его не как планетарное, а как космическое явление, «наведенное» на живую материю факторами космическогопорядка.
1. Нигде и ни в каких явлениях, происходящих или когда-либо имевших
место в земной коре, не было найдено следов самозарождения жизни.
2. Жизнь, какой она нам представляется в своих проявлениях и в своем
количестве, существует непрерывно со времени образования геологических
отложений, со времени архейской эры.
3. Нет ни одного организма среди сотен тысяч различных изученных видов,
генезис которого не отвечал бы принципу Реди.
Вернадский «вынес» зарождение жизни за пределу земной поверхности.
Постулат первый:«С самого начала биосферы, жизнь в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть уделом какой-нибудь одной формы жизни». Смысл сказанного ясен: первобытная биосфера изначально была представлена богатым функциональным разнообразием.
Постулат второй:«Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте. Первое появление жизни должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции жизни. Должны были сразу появиться биоценозы».
Постулат третий:«В общем монолите жизни, как бы ни менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением». Смысл приведенных постулатов такой: первичная биосфера была представлена «совокупностями» организмов типа биоценозов, которые и были главной «действующей силой» геохимических преобразований. Морфологические изменения, т.е. изменения в их строении не влияли на их глобальную «химическую функцию».
Постулат пятый:«Все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами».
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОНЦЕНТРАЦИОННАЯ ДЕСТРУКТИВНАЯ СРЕДООБРАЗУЮЩАЯ ТРАНСПОРТНАЯ
5.6.3. Понятие ноосферы. Неизбежность перехода биосферы в ноосферу
Все, о чем говорилось выше, касалось биосферы в ее естественном состоянии, когда она существовала и функционировала как подлинный «монолит жизни», самой жизнью создаваемый и управляемый.
Термин ноосфераеще в 1927 г. был предложен французскими учеными и философами Э. Леруаи П.Тейяром де Шарденом.Однако, они вложили в этот термин особое содержание, истолковав его как некий надбиосферный «мыслительный пласт», как единый покров, окутывающий планету.
Другое истолкование этому термину дал В. И. Вернадский. Под термином ноосфера
он понимал ту часть нашей планеты и околопланетного пространства, которая несет на себе печать разумной деятельности человека. Так же, как и биосфера, ноосфера становится геологической силой, влияющей на все сферы Земли.
Таким образом, В.И. Вернадский расширил учение о взаимном влиянии живых организмов и среды, включив в них проблемы воздействия ноосферы на биосферу.
Значение трудов В.И. Вернадского для человечества огромно. В результате их экология из чисто биологической превратилась в междисциплинарную область не только естественно-научного, но и философского значения.
5.6.4. Рациональное использование природных ресурсов и охрана биосферы
Спасти человечество может только создание целого комплекса мер,
которые пока никто не в состоянии применить, т.к. для их реализации
необходимы колоссальные средства. Кроме того, необходимо создание новой комплексной науки, которая бы приблизилась по своим масштабам к учению о биосфере В.И. Вернадского. Такая наука должна включать в себя все, что известно о современном экологическом кризисе, его источниках, масштабах и параметрах, а также путях их устранения. Но пока такая программа существует лишь в умах ученых.
Онтогенетический уровень жизни
Вы будете перенаправлены на Автор24
Онтогенетический уровень жизни
После молекулярно-генетического уровня следует более сложный уровень организации жизни на Земле – это онтогенетический уровень. На этом уровне основной единицей жизни является отдельная особь, а в качестве элементарно явления рассматривается онтогенез. Биологическая особь может являться как одноклеточным организмом, так и многоклеточным, но и в том, и в другом случае она представляет систему, целостную, способную к самовоспроизведению.
Важно отметить то, что характеристика особи не исчерпывается рассмотрением физико-химических свойств макромолекул, из которых она состоит. Невозможно разделение особи на составные части, не потеряв при этом его индивидуальность. В связи с этим онтогенетический уровень выделяется как особый уровень жизни.
Онтогенез – это процесс развития организма от рождения до смерти через носящие последовательный характер морфологические, биохимические, физиологические изменения. Онтогенез также является процессом наследственной информации.
Процесс онтогенеза состоит из роста, перемещения отдельных структур, дифференциации и усложнения интеграции организма. Другими словами, онтогенез – это процесс, при котором происходит реализация наследственной информации, которая закодирована в структурах зародышевой клетки. Также онтогенез – это проверка согласованности и работы систем в пространстве и времени, процесс приспособления особи к окружающей среде и т.д.
Причинами развития организма в онтогенезе занимаются такие науки, как эмбриология, генетика, биохимия. Процессы и явления, которые протекают в организме особи, а также функционирование органов и систем, механизм работы, взаимоотношения организмов, поведение организмов и их изменения в процессе приспособления являются предметом изучения многих отраслей биологии.
До того момента, пока не была предложена теория онтогенеза, все причины и факторы, которые определяют организованность этого процесса не были до конца выявлены. Особенно это касается процесса дифференциации, который предполагает образование разнообразных частей организма, специализированных для выполнения определенных функций.
Готовые работы на аналогичную тему
Онтогенез выражается в деятельности системы, которая является саморегулирующейся, и реализует наследственные свойства организма и работу управляющих систем в пределах особи.
Структура онтогенетического уровня жизни
Минимальной живой системой на онтогенетическом уровне жизни является клетка. Наукой, занимающейся изучением клетки, является цитология. Развитием многоклеточных организмов, их функционированием занимается физиология.
Единой теории онтогенеза в настоящее время не создано, так как до сих пор достоверно не установлены факторы и причины, которые определяют индивидуальное развитие организма.
Все существующие многоклеточные организмы подразделяются на три следующих класса:
Термин онтогенез был сформулирован Э. Геккелем, который также сформулировал биогенетический закон.
Биогенетический закон гласит, что онтогенез повторяет филогенез в краткой форме. То есть согласно этому закону, каждый отдельно взятый организм в процессе индивидуального развития проходит в сокращенной форме все стадии развития своего вида.
Все многоклеточные организмы состоят из органов и тканей.
Тканями называется группа объединенных физически клеток и межклеточного вещества, целью которых является выполнение определенных функций. Изучением тканей занимается гистология.
Ткани могут состоять из одинаковых или разных клеток. К примеру, у животных эпителий состоит из одинаковых клеток, а мышечная, соединительная и нервная ткань состоят из разных клеток.
Органами называются относительно крупные функциональные единицы, которые объединяют различные ткани в какие-либо физиологические комплексы.
Наличие внутренних органов присуще только животным, растения не имеют органов. Органы составляют системы организма, среди которых выделяют дыхательную систему, нервную, сердечно-сосудистую, пищеварительную и т.д.
Таким образом, живой организм – это особая внутренняя среда, существующая во внешней среде. Образование организма происходит в процессе взаимодействия генотипа, который определяется совокупностью генов одного организма, с фенотипом – совокупностью внешних признаков организма, которые сформировались в течение процесса индивидуального развития.
Исходя из этого, организм является стабильной системой тканей и внутренних органов, которые существуют во внешней среде. Однако, многие процессы еще нуждаются в поиске достоверного, исчерпывающего объяснения.
Проблемы в изучении онтогенеза. Роль онтогенеза
Одним из невыясненных обстоятельств является то, что до настоящего времени неизвестно, почему строго определенные процессы в онтогенезе протекают в определенное время и в определенном месте. Выявление закономерностей в ходе регуляции процессов, протекающих внутри клетки, и функции клетки, а также механизма включения генов в процесс клеточного дифференцирования. В процессе развития каждой клетки в ней участвуют только те гены, функция которых является необходимой для развития конкретного органа или ткани.
Лидирующее место по степени изученности фенотипа среди всех живых существ принадлежит человеку. Наиболее целостное представление о человеке может дать только изучение его онтогенеза. Особенно это важно не только с биологической точки зрения, а с точки зрения биомедицины. Изучение онтогенеза человека позволяет выявить особенности развития организма и функционирования органов. В свою очередь, эти знания позволяют вовремя корректировать какие-либо сбои в организме, который представляет собой целостную систему, состоящую из взаимосвязанных элементов. То есть, изучение онтогенеза человека является одним из возможностей развития медицины.