Что такое оптимальность конструкции в биологии
Что такое оптимальность конструкции в биологии
Эля Мейланова запись закреплена
Система – это совокупность компонентов, находящихся во взаимодействии и образующих единое целое.
Типы биологических систем:
— открытые и закрытые (для энергии, информации, веществ)
— живые (биологические, социальные) и неживые (химические, физические)
— высокоупорядоченные (организмы) и с низкой упорядоченностью (кристаллы)
— саморегулирующиеся (организмы) и с внешней регуляцией (химические реакции)
Общие признаки систем: любая система состоит из элементов, частей (подсистем) и имеет определенную структуру.
Свойства систем: целостность (подчиненность компонентов общей цели); взаимосвязанность (изменение одного компонента приводит к изменению других); иерархичность (система может быть частью другой более крупной системы).
Принципы организации биологических систем
Открытость – биологические системы открыты для поступления в них веществ, энергии и информации.
Высокая упорядоченность – согласованность между образующими систему компонентами; эффективное использование поступающей энергии.
Оптимальность конструкции – наиболее удачные сочетания элементов и частей; биологические системы включают наиболее легкие химические элементы; экономия строительного материала, минимизация живого вещества.
Управляемость – переход из одного состояния в другое.
Иерархичность – взаимная соподчиненность элементов и частей.
Уровни организации живой материи
Молекулярный уровень
Определяется химическим составом живых систем (органические и неорганические молекулы и их комплексы), биохимическими процессами – обменом веществ и превращением энергии, хранением и передачей наследственной информации. На этом уровне проходит граница между живой и неживой природой.
Система: биополимеры – белки, нуклеиновые кислоты.
Процессы: передача генетической информации – репликация, транскрипция, трансляция.
Органоидно-клеточный уровень
Обусловлен строением и функционированием клеток, их дифференциацией и специализацией в процессе развития и механизмами деления. Неклеточных форм жизни нет, а вирусы могут проявлять свойства живых систем только внутри живых клеток.
Система: клетка.
Процессы: клеточный метаболизм, жизненные циклы и деление, которые регулируются белками-ферментами.
Обусловлен совокупностью клеток, сходных по строению и объединенных выполнением общей функции.
Система: ткань.
Процессы: процессы взаимодействия клеток в многоклеточном организме.
Обусловлен строением и жизнедеятельностью нескольких типов тканей, которые образуют отдельные органы.
Система: орган.
Процессы: процессы взаимодействия органов и систем органов.
Организменный уровень
Определяется особенностями строения и функционирования отдельных особей, механизмами согласованной работы органов и систем органов, реакциями на меняющиеся условия среды.
Система: организм.
Процессы: онтогенез, метаболизм, гомеостаз, размножение.
Определяется взаимоотношениями между организмами одной популяции, между организмами и их средой обитания.
Система: популяция, вид.
Процессы: изменение генофонда, элементарные эволюционные изменения.
Биогеоценотический (экосистемный) уровень
Определяется взаимоотношениями между организмами разных видов и различной сложности организации.
Система: биогеоценоз (экосистема).
Процессы: круговорот веществ и превращение энергии в биогеоценозе (экосистеме), пищевые цепи и сети.
Определяется взаимоотношениями между различными экосистемами (биогеоценозами), круговоротом веществ и превращением энергии.
Система: Биосфера.
Процессы: круговорот веществ и превращение энергии.
8. Дискретность и целостность
Каждый организм (биологическая система) состоит из обособленных, отграниченных в пространстве элементов, которые между собой тесно связаны и взаимодействуют, то есть являются структурно и функционально едиными.
Способность живых организмов поддерживать постоянство физико-химического состава, интенсивность физиологических процессов в меняющихся условиях окружающей среды. Недостаток питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает прекращение их синтеза.
Изменения интенсивности физиологических процессов и функций с различными периодами колебаний (суточные, сезонные ритмы). Ритмичность обеспечивает приспособление организмов к периодически изменяющимся условиям существования.
Живые организмы – это открытые системы, которые являются устойчивыми только при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи извне.
Способность восстанавливать макромолекулы, органоиды и клетки при постепенном их разрушении.
Все живое, от биополимеров до биосферы, находится в определенной соподчиненности, и функционирование менее сложных биологических систем делает возможным существование более сложных биологических систем.
Что такое оптимальность конструкции в биологии
Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
По каким принципам организованы биологические системы?
1) закрытость системы
2) высокая энтропия системы
3) низкая упорядочность
4) иерархичность – соподчинение элементов и частей
5) оптимальность конструкции
Одним из принципов организации любой биологической системы является её открытость для веществ, энергии и информации. Раздражимость — это специфические избирательные ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Всякое изменение окружающих организм условий представляет собой по отношению к нему раздражение, а его ответная реакция является проявлением раздражимости. Отвечая на воздействия факторов среды, организмы взаимодействуют с ней и приспосабливаются к ней, что помогает им выжить.
Реакции многоклеточных животных на раздражители, осуществляемые и контролируемые центральной нервной системой, называются рефлексами. Организмы, не имеющие нервной системы, лишены рефлексов, и их реакции выражаются в изменении характера движения (таксисы) или роста (тропизмы).
Представляя собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, биологические системы обладают свойствами целостности (несводимость свойств системы к сумме свойств её элементов), относительной устойчивости, а также способностью к адаптации по отношению к внешней среде, развитию, самовоспроизведению и эволюции.
Любая биологическая система является динамической — в ней постоянно протекает множество процессов, часто сильно различающихся во времени. В то же время биологические системы — открытые системы, условием существования которых служит обмен энергией, веществом и информацией как между частями системы (или подсистемами), так и с окружающей средой.
А что такое энтропия?
Энтропия это свойство состояния изолированной (или принимаемой за таковую) физической системы, характеризуемое количеством самопроизвольного изменения, на которое она способна.
Живой организм с точки зрения протекающих в нем физико-химических процессов можно рассматривать как сложную открытую систему, находящуюся в неравновесном, нестационарном состоянии. Для живых организмов характерна сбалансированность процессов обмена, ведущих к уменьшению энтропии. Конечно, с помощью энтропии нельзя охарактеризовать жизнедеятельность в целом, так как жизнь не сводится к простой совокупности физико-химических процессов. Ей свойственны другие сложные процессы саморегуляции.
Презентация к уроку «Биологические системы»
Описание презентации по отдельным слайдам:
Биологические системы – это объекты различной сложности, имеющие несколько уровней структурно-функциональной организации и представляющие собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов.
Система – это совокупность компонентов, находящихся во взаимодействии и образующих единое целое.
К данной категории относят: органические макромолекулы; органеллы субклеточного типа; клеточные структуры; органы; организмы; популяции. виды биоценозы экосистемы биосфера
Наименьшей биологической системой, присутствующей во всем живом является органическая (биологическая) макромолекула: ДНК; Белок; Углевод; АТФ.
В роли наибольшей биологической системы выступает популяция, совокупность организмов одного вида, длительное время обитающих на одной территории (занимающих определённый ареал) и частично или полностью изолированных от особей других таких же групп.
Принципы организации биологических систем Открытость – биологические системы открыты для поступления в них веществ, энергии и информации. Высокая упорядоченность – согласованность между образующими систему компонентами; эффективное использование поступающей энергии. Оптимальность конструкции – наиболее удачные сочетания элементов и частей; биологические системы включают наиболее легкие химические элементы; экономия строительного материала, минимизация живого вещества. Управляемость – переход из одного состояния в другое. Иерархичность – взаимная соподчиненность элементов и частей.
Существенными чертами живых организмов, отличающими их от объектов неживой природы, являются уровневая организация и эволюция.
2. Особенности химического состава Живые тела состоят из тех же химических элементов, которые преобладают в неживой природе. Тем не менее, по соотношению данных элементов неживые и живые тела сильно различаются. Так, основными химическими элементами живых клеток являются атомы: водорода, углерода, азота и кислорода. Преобладающими элементами неживых тел служат: кислород, алюминий, магний, железо, кремний.
3. Обмен веществ и превращение энергии. Обменом веществ (метаболизмом) именуют протекающие в живых системах реакции синтеза и распада при поглощении из окружающего пространства элементов питания и выделении соотвестввующих продуктов жизнедеятельности. Неживая природа способна к обмену веществами, путем смены их агрегатного состояния либо переноса с одного участка на другой (смывание грунта, замерзание воды). Происходящие в живых телах обменные реакции, протекают в виде круговорота, когда сложные соединения распадаются до простых и выделяется энергия. Благодаря непрерывности обмена веществ обеспечивается относительное постоянство химического состава в организмах. Превращение энергии заключается в ее потреблении зелеными растениями (автотрофами) и аккумулировании в макроэргических связях. В таком виде ее поглощают гетеротрофные организмы (животные, грибы), где в результате химических превращений происходит ее высвобождение. Таким образом, собранная автотрофами солнечная энергия способна поступать в гетеротрофные тела при поедании животными растений.
4. Гомеостаз Гомеостазом (саморегуляцией) называют свойство живого заключающееся в поддержании постоянства своего химического состава и интенсивности физиологических процессов. При этом главенствующая роль отводится эндокринной и нервной системам.
5. Раздражимость Раздражимостью именуют специфического типа избирательные ответы живых тел на происходящие в окружающем пространстве изменения. При изменении окружающих условий живой организм начинает ощущать некий дискомфорт (раздражение), а возникающую при этом его ответную реакцию называют раздражимостью. К примеру. Если дождевого червя уколоть иглой, он сожмется, демонстрируя тем самым ответ на воздействие факторов среды. Благодаря раздражимости живые тела могут приспосабливаться к окружающим условиям, даже при их изменении. Это помогает им выживать.
6. Движение Живым организмам свойственны разные формации движения. У животных они неограниченны, а у растений – ограниченны. Даже находящиеся внутри клетки органеллы способны перемещаться из-за движения окружающей их цитоплазмы.
7. Рост и развитие Ростом организмов именуют увеличение в них количества клеток. Так, растения имеют неограниченный рост. А животные растут до определенного периода жизни. Развитием называют процесс необратимого, направленного и закономерного изменения живых объектов. Итогом развития является возникновение нового качественного состояния живого организма. Различают следующие формы развития: филогенез; онтогенез. Под филогенезом понимают процесс исторического развития живых организмов, происходящий на планете. Синонимом данного понятия является «эволюция». Онтогенезом именуют индивидуальное развитие живых организмов.
9. Эволюция Эволюцией именуют процесс усложнения живого, происходящий длительное время на Земле под воздействием меняющихся условий окружающей среды. При этом появлялись новые виды с новыми свойствами, помогающими им выжить в меняющимся мире. Закрепление положительных качеств шло на генетическом уровне, поэтому они могли передаваться по наследству. Виды, не способные приспособиться к меняющимся условиям, погибали, не внося в общий генофонд (совокупность всех генов) свои наследственные комбинации. Движущей силой эволюции является происходящий в живой природе естественный отбор.
8. Воспроизведение Благодаря воспроизведению (самовоспроизведению либо репродукции) на Земле не прекращается жизнь. Самовоспроизведение (размножение) свойственно всем биологическим системам. Ограниченное во временных рамках существование биологических систем поддерживается самовоспроизведением. Основу размножения составляют процессы синтеза новых структур с молекулами, похожими на своих создателей (родителей). За передачу наследственной информации отвечают гены (участки ДНК с белками). Различают половое и бесполое размножение. Первое протекает с участием половых клеток (гамет), а второе – без гамет. В результате бесполого размножения создаются идентичные родителям дочерние организмы, а после полового – получаются новые комбинации генов, сочетающие признаки обоих родителей.
Повторение понятий по теме: «Биология как наука. Методы научного познания». 10 класс
Организация биосистем
Организация биосистем и их особенности:
Иерархичность мы уже кратко рассмотрели в прошлом уроке.
Также посмотрите 9-й класс, в котором подробно рассматриваются различные биосистемы на молекулярно-генетическом уровне, клеточном, организменном,…
Редактировать этот урок и/или добавить задание Добавить свой урок и/или задание
Добавить интересную новость
Добавить анкету репетитора и получать бесплатно заявки на обучение от учеников
При правильном ответе Вы получите 1 балл
Что из перечисленного входит в принципы организации биосистемы?
Выберите всего один правильный ответ.
Добавление комментариев доступно только зарегистрированным пользователям
Lorem iorLorem ipsum dolor sit amet, sed do eiusmod tempbore et dolore maLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempborgna aliquoLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempbore et dLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempborlore m mollit anim id est laborum.
28.01.17 / 22:14, Иван Иванович Ответить +5
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetu sed do eiusmod qui officia deserunt mollit anim id est laborum.
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing sed do eiusmod tempboLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod temLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempborpborrum.
28.01.17 / 22:14, Иван Иванович Ответить +5
БИЛЕТ 115. Понятия «объем выживания» и «функция благополучия (оптимальности)» как возможные способы выражения меры жизни.
Одним из важнейших параметров меры жизни является степень адаптивной пластичности живого организма. Организм может оказываться в различных — более или менее благоприятных — для его существования условиях (например, в ситуациях с разными величинами температур, количества пищи, плотности популяции и т.д.). В одних ситуациях организм способен приспособиться и выжить, в других ситуациях он погибает. В этом случае можно ввести такое понятие, как объем выживания организма — мно 
жество всех тех возможных ситуаций, в которых организм может остаться живым, приспособившись к условиям этих ситуаций Объем выживания — одна из важных характеристик меры жизни того или иного вида жизни. Чем более — при прочих равных условиях — объем выживания организма, тем большей мерой жизни он обладает. В математической экологии близким к понятию объема выживания является понятие экологической ниши. В этом случае вводится так называемая функция благополучия, которая представляет из себя некоторую интегральную оценку жизнедеятельности организма. Эта функция определяет не только экологическую нишу, но и конкретные количественные показатели благополучия организма в каждой конкретной ситуации, т.е. в каждой точке экологического пространства. Нечто подобное можно представить и для более общего случая, когда мера жизни организма могла бы определяться на основе некоторой функции благополучия этого организма в некотором пространстве возможных ситуаций существования организма.
Функция благополучия — один из примеров так называемых критериев оптимальности, которые все чаще в последнее время применяются при решении разного рода задач в биомедицинских науках.
БИЛЕТ 116. Критерии оптимальности и методология их использования в современных биомедицинских науках.
БИЛЕТ 117. Принцип оптимальной конструкции Н. Рашевского.
Впервые идею всеобщей роли критериев оптимальности в биологии сформулировал американский биолог Н. Рашевский в так называемом принципе оптимальной конструкции: «организмы, обладающие биологической структурой, мальной в отношении естественного отбора, оптимальны также и в том смысле, что они минимизируют некоторую оценочную функцию».
V(S) > 0 — S есть состояние здоровья (интегральной нормы); V(S)