Что такое открытая биологическая система в биологии

26.10.202321.04.2022 admin 0 Comments

Биологические системы. Общие признаки

Содержание:

В организации живого выделяют многочисленные биологические системы разного уровня строения и жизнедеятельности.

Биологические системы

К данной категории относят:

Наименьшей биологической системой, присутствующей во всем живом является органическая (биологическая) макромолекула:

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.

Общие признаки биологических систем

Биологические системы (или живые системы) отличаются от тел неживой природы совокупностью признаков и свойств, среди которых основными являются:

Существенными чертами живых организмов, отличающими их от объектов неживой природы, являются уровневая организация и эволюция.

1. Клеточное строение

2. Особенности химического состава

3. Обмен веществ и превращение энергии.

4. Гомеостаз

5. Раздражимость

6. Движение

7. Рост и развитие

8. Воспроизведение

9. Эволюция

Источник

Что такое открытая биологическая система в биологии

Код раздела ЕГЭ: 1.2. Биологические системы. Общие признаки биологических систем: клеточное строение, особенности химического состава, обмен веществ и превращение энергии, гомеостаз, раздражимость, движение, рост и развитие, воспроизведение, эволюция.

Биологические системы – это объекты различной сложности, имеющие несколько уровней структурно-функциональной организации и представляющие собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Примеры биологических систем: клетка, ткани, органы, организмы, популяции, виды, биоценозы, экосистемы разных рангов и биосфера.

Общность химического состава живых систем и неживой природы говорит о единстве и связи живой и неживой материи. Весь мир представляет собой систему, в основании которой лежат отдельные атомы. Атомы, взаимодействуя друг с другом, образуют молекулы. Из молекул в неживых системах формируются кристаллы горных пород, звезды, планеты, вселенная. Из молекул, входящих в состав организмов, формируются живые системы — клетки, ткани, организмы. Взаимосвязь живых и неживых систем отчетливо проявляется на уровне биогеоценозов и биосферы.

Уровни организации живых систем отражают соподчиненность, иерархичность структурной организации жизни. Уровни жизни отличаются друг от друга сложностью организации системы. Клетка устроена проще по сравнению с многоклеточным организмом или популяцией.

Структурная организация — живые системы Земли, характеризующиеся упорядоченностью и сложностью структур на всех уровнях организации, несмотря на то, что построены из тех же химических элементов, что и неживые.

Вы смотрели конспект по биологии «Биологические системы».
Читайте также другие конспекты, относящиеся к разделу ЕГЭ 1.2:

Источник

Организм

Живой организм — открытая биологическая система

Все организмы живут в какой-либо характерной для них среде обитания. Из нее организмы получают необходимую пищу, укрытие от неблагоприятных факторов. Среда обитания создает условия для размножения, развития и роста организмов. Таким образом, организм и среда взаимосвязаны, и первый достаточно сильно зависит от второй. Вместе с пищей организмы получают из среды необходимую им энергию, а также выделяют в среду «отработанные» вещества и энергию. Отсюда следует, что живой организм — это открытая система.

Живой организм — открытая биосистема Организм — это открытая саморегулирующаяся биосистема, которая посредством использования энергии Солнца поддерживает и воспроизводит собственную структуру, стремящуюся выжить, путем усложнения и приспособления к внешней среде.

Важнейшим фактором, обеспечивающим саморегулирование организма и его отношения с внешней средой, является обмен веществ, который называется метаболизмом (греч. metabole — превращение). Метаболизм представляет собой множество взаимосвязанных химических реакций, протекающих в клетках, тканях и органах организма. Благодаря этому организм растет, в нем протекают процессы жизнедеятельности, размножается и осуществляет обратную связь с внешней средой.

Метаболизм складывается из двух взаимосвязанных и одновременно протекающих процессов: ассимиляции (синтез сложных веществ из простых) и диссимиляции (расщепление сложных веществ на более простые). В организме как открытой системе ассимиляционные процессы обусловливают начало диссимиляционных процессов, и наоборот.

Типы метаболизма

В зависимости от потребления организмами кислорода различают аэробный и анаэробный типы обмена веществ. Аэробный (от греч. aer — воздух и bios — жизнь) тип метаболизма наблюдается у организмов, способных жить и развиваться только при наличии в среде свободного кислорода, который они используют в качестве окислителя. Анаэробный (от греч. an — отрицание, aer — воздух и bios — жизнь) тип метаболизма свойственен организмам, которые способны жить при отсутствии кислорода в окружающей среде.

Термин «анаэробы» ввел в науку Луи Пастер в 1861 году при изучении бактерии маслянокислого брожения. Анаэробный тип метаболизма встречается в основном у прокариот, редко у эукариот (дрожжи, черви-паразиты и др.). У анаэробов в метаболизме в качестве окислителя используется не кислород, а другие вещества.

Значение питания для обмена веществ

У всех организмов обмен веществ тесно связан с питанием, то есть потреблением пищи и энергии извне, из окружающей среды. Для поглощения пищи и ее переработки у многоклеточных организмов в процессе эволюции сформировалась специализированная система органов — пищеварительная система.

У животных в процессе питания пища, содержащая органические вещества, поступает в пищеварительную систему организма. Здесь она измельчается и химически обрабатывается пищеварительными ферментами желудка и кишечника — переваривается. В результате происходит гидролиз практически всех поглощенных питательных веществ с образованием более простых молекул. Простые молекулы быстро всасываются через слизистую оболочку кишечника, а затем с током крови и лимфы доставляются в клетки различных тканей многоклеточного организма. Выделяющаяся в процессе пищеварения энергия используется организмом, а ненужные вещества (продукты распада) обычно удаляются во внешнюю среду. Сходные процессы происходят и у одноклеточных организмов.

У растений есть два взаимодополняющих типа питания — воздушное (углеродное) и почвенное (минеральное). Для осуществления обоих типов питания у высших растений сформировались специализированные органы: в надземной части побег, в подземной — корень.

Два типа питания растительного организма: 1 — органы воздушного питания; 2 — органы почвенного питания; 3 — восходящий ток веществ; 4 — нисходящий ток веществ

Углеродное питание растений осуществляет побег в процессе фотосинтеза. Специализированным органом воздушного питания является лист, в клетках которого содержатся хлоропласты с хлорофиллом. Минеральное питание растений осуществляют их корни. С помощью корневых волосков растение поглощает воду с растворенными минеральными веществами. У водорослей, не имеющих разделение тела на органы, питание осуществляется в водной среде всей поверхностью таллома.

Таким образом, в процессе обмена веществ у всех живых организмов постоянно происходит поступление веществ и энергии из окружающей среды и выделение продуктов обмена и энергии во внешнюю среду. Этот факт указывает на то, что живые организмы — открытые системы.

Источник

Организация открытых биологических систем в пространстве и во времени. Поток информации, энергии и вещества в клетке, ультраструктуры их обеспечивающие.

Основные свойства живых систем:

1. Обмен веществ и энергии. Все живые организмы используют внешние источники энергии в виде пищи и т.д.Основу обмена веществ составляют взаимосвязанные и сбалансированные процессы ассимиляции и диссимиляции При этом непрерывный поток веществ сопровождается непрерывным потоком энергии.

2. Наследственность. Это свойство заключается в способности сохранять и передавать наследственную информацию из поколения в поколение

3. Репродукция. На молекулярном уровне самовоспроизведение осуществляется на основе матричного синтеза ДНК. НА клеточном уровне это обеспечивается различными типами деления митозом или мейозом.

4. Изменчивость. Стабильность наследственной информации в природе весьма относительна. Изменения ее на различных уровнях – генных, хромосомных, геномных лежат в основе наследственной изменчивости. Она же наряду с другими факторами (естественным отбором, генным потоком и т.д.) обеспечивает эволюцию органического мира.

5. Индивидуальное развитие. Любая живая система – клетка, особь проходит через свой онтогенез, в основе которого лежит реализация генетической информации.

6. Филогенетическое развитие. Любой онтогенез есть краткое повторение исторического развития. В основе закономерностей филогенеза лежат элементарные эволюционные факторы (наследственная изменчивость, естественный отбор и т.д.), приводящие к появлению огромного разнообразия форм жизни от доклеточных до многоклеточных, вплоть до человека.

8. Дискретность и целостность- всеобщее свойство живой материи. Любая биологичекая система состоит из отдельных, но взаимодействующих частей, образующих структурно-функциональное единство.

9. Энергетический обмен клетки. Этапы энергетического обмена. Химические свойства АТФ. Синтез АТФ.

Живые клетки улавливают, сохраняют и передают энергию в химической форме главным образом в виде энергии, заключенной в молекулах аденозинтрифосфата (АТФ).

Химические свойства АТР.

Аденозинтрифосфат и продукты последовательных стадий его гидролиза, аденозиндифосфат и аденозинмонофосфат, принадлежат классу нуклеотидов. Молекулы нуклеотидов состоят из гетероциклического основания (пурина или пиримидина), пятиуглеродного моносахарида и одной или нескольких фосфатных групп. В молекулах АТР, ADP, АМР роль основания играет аденин (пурин), а пятиуглеродный моносахарид представлен D-рибозой. Нуклеотиды выполняют в клетке самые различные функции, но более всего они известны как строительные блоки молекул ДНК и РНК, в которых они служат кодирующими элементами. В нормально дышащих клетках на долю АТР приходится до 80% и даже более общего количества всех трех адениновых нуклеотидов. Концентрация АТР в клетках поддерживается на относительно постоянном уровне, поскольку скорость его образования приблизительно уравновешивается скоростью его распада. Таким образом, концевые фосфатные группы молекул АТР претерпевают непрерывное обновление в процессе метаболизма. Они постоянно отщепляются и замещаются новыми за счет клеточного пула неорганического фосфата. АТР удалось синтезировать. Мы знаем также, что он служит связующим звеном между реакциями, идущими с выделением и с потреблением энергии. Эта его роль основана на известных химических принципах.

Именно АТР служит главным переносчиком химической энергии в клетках всех живых организмов. АТР может передавать свою энергию некоторым другим биомолекулам, теряя при этом концевую фосфатную группу; в результате богатая энергией молекула АТР превращается в энергетически обедненную молекулу аденозиндифосфата (ADP). В свою очередь ADP может снова соединиться с фосфатной группой и превратиться в АТР либо за счет солнечной энергии (в фотосинтезирующих клетках), либо за счет химической энергии (в животных клетках).

Энергетический обмен в клетке подразделяют на три этапа. Первый этап — подготовительный. Во время него крупные пищевые полимерные молекулы распадаются на более мелкие фрагменты. Полисахариды распадаются на ди- и моносахариды, белки —• до аминокислот, жиры — до глицерина и жирных кислот. В ходе этих превращений энергии выделяется мало, она рассеивается в виде тепла, и АТФ не образуется.

Второй этап — неполное бескислородное расщепление веществ. На этом этапе вещества, образовавшиеся во время подготовительного этапа, разлагаются при помощи ферментов в отсутствие кислорода. Разберем этот этап на примере гликолиза — ферментативного расщепления глюкозы. Гликолиз происходит в животных клетках и у некоторых микроорганизмов. Суммарно этот процесс можно представить в виде следующего уравнения:

С6Н12О6 + 2Н3Р04 + 2АДФ → 2С3Н603 + 2АТФ + 2Н2О

Таким образом, при гликолизе из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы трехуглеродной пировиноградной кислоты (С3Н4О3), которая во многих клетках, например в мышечных, превращается в молочную кислоту (С3Н6О3), причем высвободившейся при этом энергии достаточно для превращения двух молекул АДФ в две молекулы АТФ. Несмотря на кажущуюся простоту, гликолиз — процесс многоступенчатый, насчитывающий более десяти стадий, катализируемых разными ферментами. Только 40% выделившейся энергии запасается клеткой в виде АТФ, а остальные 60% — рассеиваются в виде тепла. Благодаря многостадийности гликолиза выделяющиеся небольшие порции тепла не успевают нагреть клетку до опасного уровня. Гликолиз происходит в цитоплазме клеток.

У большинства растительных клеток и некоторых грибов второй этап энергетического обмена представлен спиртовым брожением:

С6Н12О6+2Н3РО4+2АДФ→2С2Н5ОН +2С02 + 2АТФ + 2H2О

Исходные продукты спиртового брожения те же, что и у гликолиза, но в результате образуется этиловый спирт, углекислый газ, вода и две молекулы АТФ. Есть такие микроорганизмы, которые разлагают глюкозу до ацетона, уксусной кислоты и других веществ, но в любом случае «энергетическая прибыль» клетки составляет две молекулы АТФ.

Третий этап энергетического обмена — полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание. При этом вещества, образовавшиеся на втором этапе, разрушаются до конечных продуктов — СО2 и Н2О. Этот этап можно представить себе в следующем виде:

2С3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 + 36 АДФ → 6СО2 + 42 Н2О + 36АТФ.

Для получения энергии в клетках, кроме глюкозы, могут быть использованы и другие вещества: липиды, белки. Однако ведущая роль в энергетическом обмене у большинства организмов принадлежит сахарам.

Синтез АТФ происходит в мембранах митохондрий в процессе дыхания, поэтому все ферменты и кофакторы дыхательной цепи, все ферменты окислительного фосфорилирования локализованы в данных органеллах.

Синтез АТФ происходит таким образом, что два иона Н + отщепляются от АДФ и фосфата (Р) с правой стороны мембраны, компенсируя потерю двух Н + при восстановлении вещества В. Один из кислородных атомов фосфата переносится на другую сторону мембраны и, присоединив два иона Н + из левого отсека, образует Н₂О. Остаток фосфорила присоединяется к АДФ, образуя АТФ.

Источник

Организм — открытая система – биология

Почему организм — открытая система — Науколандия

Живой организм — это сложная система, состоящая из взаимосвязанных органов и тканей. Но почему говорят, что организм — это открытая система? Для открытых систем характерен обмен чем-либо с внешней для них средой.

Это может быть обмен веществом, энергией, информацией. И всем этим живые организмы обмениваются с внешним для них миром.

Хотя слово «обмен» более уместно заменить на слово «поток», так как в организм входят одни вещества и энергия, а выходят другие.

Энергия поглощается живыми организмами в одной форме (растениями – в виде солнечного излучения, животными – в химических связях органических соединений), а выделяется в окружающую среду в другой (тепловой). Так как организм получает извне энергию и выделяет ее, то он является открытой системой.

У гетеротрофных организмов энергия поглощается вместе с веществами (в которых она заключена) в результате питания. Далее в процессе метаболизма (обмена веществ внутри организма) одни вещества расщепляются, а другие синтезируются.

При химических реакциях выделяется энергия (идущая на различные процессы жизнедеятельности) и поглощается энергия (идущая на синтез необходимых органических веществ).

Ненужные организму вещества и образовавшаяся тепловая энергия (которую уже нельзя использовать) выделяются в окружающую среду.

Автотрофы (в основном растения) поглощают в качестве энергии световые лучи в определенном диапазоне, а в качестве исходных веществ ими поглощается вода, углекислый газ, различные минеральные соли, кислород. Используя энергию и эти минеральные вещества, растения в результате процесса фотосинтеза осуществляют первичный синтез органических веществ.

При этом лучистая энергия сохраняется в химических связях. У растений нет выделительной системы. Однако они выделяют вещества своей поверхностью (газы), сбрасывая листву (удаляются вредные органические и минеральные вещества) и др. Таким образом, растения как живые организмы тоже являются открытыми системами. Они выделяют и поглощают вещества.

Живые организмы живут в характерной для них среде обитания. При этом, чтобы выжить, они должны приспосабливаться к среде, реагировать не ее изменения, искать пищу и избегать угрозу.

В результате в процессе эволюции у животных выработались специальные рецепторы, органы чувств, нервная система, которые позволяют получать из внешней среды информацию, обрабатывать ее и реагировать, т. е. воздействовать на среду.

Таким образом, можно сказать, что у организмов происходит обмен информацией с внешней обитания. То есть организм — открытая информационная система.

Растения тоже реагируют на воздействия внешней среды (например, закрывают устьица на солнце, поворачивают листья к свету и др.). У растений, примитивных животных и грибов регуляция осуществляется только химическим путем (гуморальным). У животных, имеющих нервную систему, есть оба способа саморегуляции (нервный и с помощью гормонов).

Одноклеточные организмы также являются открытыми системами. Они питаются и выделяют вещества, реагируют на внешние воздействия. Однако в их организме-системе функции органов по-сути выполняют клеточные органеллы.

Клетка — открытая биологическая система

Клетка является элементарной живой системой. На уровне клетки проявляются большинство основных свойств живой материи — обмен веществ и энергии, рост, развитие, раздражение, самовоспроизведение.

Мы можем выделить из клетки отдельные ее компоненты или даже молекулы и убедиться, что многие из них обладают специфическими функциональными особенностями.

Так, например, выделенные актин-миозиновые фибриллы могут сокращаться в ответ на добавление АТФ; вне клетки активно работают многие ферменты, участвующие в синтезе или распаде сложных биологических молекул; выделенные рибосомы в присутствии необходимых факторов могут синтезировать белок; в настоящее время разработаны неклеточные системы ферментативного синтеза нуклеиновых кислот и т. д. Можно ли считать все эти отдельно взятые, внутриклеточные компоненты живыми? Вероятно, нет, потому что они обладают только определенным свойством живого, а не всем комплексом таких характеристик. Только клетка является наименьшей единицей, обладающей всеми, вместе взятыми, свойствами, отвечающими определению «живое».

Клетка является открытой системой, поскольку ее существование возможно только в условиях постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой.

Клетка — не только единица строения, но и единица функционирования. Все ее системы взаимосвязаны и функционируют как единое целое.

Гетеротрофные клетки поручают углеводы извне, а автотрофные клетки сами создают их путем фотосинтеза (из СO2 и H2O, которые поступают из окружающей среды) или хемосинтеза. Большая часть углеводов расщепляется с целью высвобождения энергии. Получаемая энергия связывается в форме АТФ.

Энергию АТФ клетка использует на различные жизненные процессы — синтез, выделение веществ, движение и т. д.

Глюкоза и другие углеводы используются также для биосинтеза полисахаридов, которые в форме гликолипидов и гликопротеинов включаются в гликокаликс (у животных), в форме гемицеллюлозы и пектиновых веществ — в клеточную стенку растений, в форме хитина — в клеточную стенку грибов.

Целлюлоза оболочек растительных клеток синтезируется на плазмалемме или в самой клеточной стенке. Автотрофные зеленые клетки передают большую часть синтезируемых ими углеводов незеленым гетеротрофным клеткам, в основном, в виде сахарозы.

Растительные клетки сами синтезируют большую часть аминокислот, входящих в состав белков Синтез некоторых аминокислот может осуществляться ими в хлоропластах, в митохондриях и цитоплазме.

Животные клетки синтезируют сами лишь некоторые аминокислоты (заменимые), часть аминокислот (незаменимые) животные клетки получают из окружающей среды; для этого они поглощают белки, в основном, путем эндоцитоза и расщепляют их затем с помощью ферментов лизосом до аминокислот.

Белки, в том числе и ферменты, синтезируются на рибосомах с участием иРНК и тРНК. Этот синтез идет главным образом в цитоплазме, а также в хлоропластах и митохондриях. Из цитоплазмы белки переходят в клеточное ядро (гистоновые и негистоновые белки хромосом, белки субъединиц рибосом и др.), в митохондрии и хлоропласты.

На рибосомах, связанных с ЭР, синтезируются резервные и экспортные белки, которые при участии комплекса Гольджи путем экзоцитоза покидают клетку.

Все эти и другие процессы осуществляются путем реализации генетической информации, которая сосредоточена в молекулах ДНК ядра, пластид и митохондрий.

В названых органеллах происходит репликация ДНК — необходимая предпосылка их идентичного деления и клетки в целом, а также транскрипция, обеспечивающая появление различных видов РНК.

На рибосомах при участии всех типов РНК осуществляется трансляция — конечный этап реализации генетической информации или синтез белков. Посредством белков регулируются синтез и расщепление веществ в клетке, синтез АТФ, клеточный рост, подготовка и осуществление деления клетки и другие процессы.

Таким образом, клетка является открытой биологической системой, наименьшей единицей жизни — единицей строения, функционирования, размножения организмов и их взаимосвязи с окружающей средой.

Организм человека как биологическая система. Химический состав организма человека

Раздел 1 ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА КАК БИОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

В детстве вы описывали строение вашего тела примерно так: две руки, две ноги, голова и туловище. Со временем вы узнали, что организм человека подобен самоуправляемого механизма, образованного из множества разнообразных «деталей». Каким является общий план его строения? Какими есть «детали» организма, как они связаны между собой? Что заставляет их работать слаженно и четко?

На эти вопросы вы найдете ответ в разделе «Организм человека как биологическая система». Вы узнаете о химическом составе организма, о строении и функциях его клеток и тканей; механизмы регуляции его жизненных функций.

Организм человека — открытая биологическая система. Организм человека является многоуровневой системой. Она состоит из систем органов, каждая система органов — из органов, каждый орган — из тканей, ткани — из клеток. Каждая клетка является системой взаимосвязанных органелл.

Организм человека является открытой системой, которая постоянно обменивается веществами и энергией с окружающей средой. Из него в организм во время газообмена поступает кислород, а вместе с едой — вода и питательные вещества. Наружу организм удаляет углекислый газ, непереваренные остатки пищи, мочу, пот, секрет сальных желез.

Извне организм получает тепловую энергию и питательные вещества (белки, жиры, углеводы), молекулы которых аккумулируют химическую энергию. Она высвобождается во время реакций расщепления этих веществ в организме. Часть химической энергии тратится на процесс его жизнедеятельности, а избыток в виде тепла возвращается во внешнюю среду.

Организм человека, как и любая биологическая система, растет, развивается, размножается. Особенностью таких систем является способность к саморегуляции и адаптации к изменениям в окружающей среде.

Вы поворачиваете голову в ту сторону, где раздался громкий звук, пьете много воды, если употребляли соленое, ищете еду, если голодны.

Это примеры адаптационных и саморегуляторних процессов, происходящих в вашем организме.

Многоуровневость, обмен веществами и энергией, рост, развитие и размножение, адаптация и саморегуляция являются общими признаками организма человека как открытой биологической системы. Конкретное содержание этих процессов вы осягатимете, изучая биологию человека.

Химический состав организма человека. Вещества в составе организма человека делят на органические и неорганические.

Неорганические вещества. Среди всех неорганических веществ содержание воды в организме человека является самым большим. Она составляет до 90 % массы эмбриона и до 70 % массы организма пожилого человека.

Вода является растворителем, обеспечивает транспорт веществ в организме. Растворенные в воде вещества приобретают способность к взаимодействию.

Вода участвует и в процессах теплообмена между организмом и окружающей средой.

В организме человека содержится немало неорганических веществ. Одни из них присутствуют в виде молекул, как, например, соединения Кальция в костях, другие вещества — в виде ионов. Так, ионы Железа участвуют в транспорте кислорода в крови, ионы Кальция необходимы для сокращения мышц, а ионы Калия и Натрия — для образования и передачи нервных импульсов.

Органические вещества. Молекулы многих органических веществ состоят из блоков — простых органических молекул. Такое строение имеют все белки (рис. 5.1 а). Они образованы из молекул аминокислот. Обычно цепочка аминокислот сворачивается в волокнистые или клубочкоподібні структуры. Так белковая молекула становится более компактной и занимает меньше места в клетке.

Рис. 5.1. Молекулы белка (а) и углевода (б): 1 — аминокислота; 2 — аминокислоты;

3 — молекула белка; 4 — глюкоза; 5 — глюкоза в молекуле сложного углевода

Рис. 5.2. Молекула жира: 1 — молекула глицерина; 2 — молекулы жирных кислот

В каждом процессе, происходящем в организме, принимают участие десятки, а то и сотни различных белков. Доля белков составляет более 50 % сухой массы клеток. Одни белки являются строительным материалом клеток, другие работают во время сокращения мышц, третьи защищают организм от инфекций. С помощью ферментов — белков-катализаторов — происходят почти все химические реакции в организме.

Как и белки, сложные углеводы (рис. 5.1 б) образуются из молекул-блоков. Так, блоками гликогена являются молекулы простого углевода — глюкозы. Глюкоза в организме играет роль источника энергии, а в виде гликогена создаются запасы глюкозы. В соединениях с белками и другими органическими веществами углеводы выполняют структурную функцию.

Жиры (илл. 5.2) — нерастворимые в воде органические вещества. В состав молекулы жира обычно входят молекулы глицерина и жирных кислот.

Жиры образуют плазматические мембраны клеток, они накапливаются в клетках жировой ткани, которая выполняет в организме защитные функции. Так же, как и глюкоза, жиры являются источником энергии.

Молекула жира запасает больше энергии, чем молекула глюкозы, однако клетка добывает энергию из жиров значительно дольше, чем из углеводов.

Что является носителем химической энергии, которая высвобождается во время реакций расщепления глюкозы и жиров? Это органическое вещество аденозинтрифосфорна кислота (АТФ). Молекулы АТФ используются клетками во всех реакциях, требующих затрат энергии. Без участия АТФ не будет работать ни одна клетка организма.

В молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) сохраняется наследственная информация — программа жизни организма человека. Эти молекулы имеют значительно более сложную структуру, чем белки. Молекулы ДНК является основной составляющей хромосом.

Организм как открытая система

Начальное развитие термодинамики стимулировалось потребностями промышленного производства. На этом этапе (XIX в.) ее основные достижения заключались в формулировке законов, разработке теории циклов и термодинамических потенциалов применительно к идеализированным процессам: равновесным и обратимым.

Термодинамика биологических систем в этот период не развивалась. Одним ярким исключением из этого была работа Майера, который по цвету венозной крови матросов, работающих в условиях тропического климата, сформулировал, по существу, приложимость закона сохранения энергии в термодинамике (первого начала термодинамики) к живым системам.

Первый закон термодинамики как закон сохранения энергии настолько очевиден, что его применения к биологическим системам здесь не рассматриваются, тем более что в курсе нормальной физиологии изучаются такие темы, как «Обмен веществ и энергии. Питание.

Терморегуляция», а в § 22.5 анализируется теплообмен человека с окружающей средой посредством теплового излучения.

Более существенно рассмотреть некоторые вопросы, связанные со вторым началом термодинамики и энтропией применительно к биологическим системам.

Биологические объекты являются открытыми термодинамическими системами. Они обмениваются с окружающей средой энергией и веществом.

Вообще говоря, живой организм — развивающаяся система, которая не находится в стационарном состоянии. Однако обычно в каком-либо не слишком большом интервале времени принимают состояние биологической системы за стационарное.

Рассмотрим в этом предположении некоторые вопросы. Для организма — стационарной системы — можно записать dS = 0, S = const, dSi > 0, dSe 0), это связано с отсутствием стационарности, увеличением неупорядоченности; так, например, при раковых заболеваниях происходит хаотическое, неупорядоченное разрастание клеток.

Формулу (10.21) можно преобразовать к виду

или для стационарного состояния (S = const, dS/dt = 0)

Из (10.22) видно, что при обычном состоянии организма скорость изменения энтропии за счет внутренних процессов равна скорости изменения отрицательной энтропии за счет обмена веществом и энергией с окружающей средой.

Поскольку, согласно принципу Пригожина, производная ” dSi/dt > 0, причем минимальна. Отсюда можно сделать вывод, что скорость изменения энтропии окружающей среды при сохранении стационарного состояния организма также минимальна.

Основа функционирования живых систем (клетки, органы, организм) — это поддержание стационарного состояния при условии протекания диффузионных процессов, биохимических реакций, осмотических явлений и т. п.

При изменении внешних условий процессы в организме развиваются так, что его состояние не будет прежним стационарным состоянием.

Можно указать некоторый термодинамический критерий приспособления организмов и биологических структур к изменениям внешних условий (адаптации). Если внешние условия изменяются (возрастает или уменьшается температура, изменяется влажность, состав окружающего воздуха и т. д.

), но при этом организм (клетки) способен поддерживать стационарное состояние, то организм – адаптируется (приспосабливается) к этим изменениям и существует. Если организм при изменении внешних условий не способен сохранить стационарное состояние, выходит из этого состояния, то это приводит к его гибели. Организм в этом случае не смог адаптироваться, т. е.

не смог сравнительно быстро оказаться в стационарном состоянии, соответствующем изменившимся условиям

Таким образом, организм – многоуровневая, иерархическая, открытая, самовоспроизводящаяся биологическая система

Лекция 4

ОРГАНИЗМ

(свойства, гомеостаз, унитарные и модулярные, разнообразие, приспособленность,конвергенция и паралеллизм, экотипы и полиморфизм)

Организм – система, то есть совокупность частей связанных между собой. Все части должны функционально зависеть друг от друга.

Организм – многоуровневая система, то есть имеющая различные уровни организации, при этом более низкий уровень управляется более высоким уровнем. То есть структура организма иерархическая.

Организм – открытая система, то есть обменивающаяся веществом и энергией с окружающей средой.

Организм – самовоспроизводящаяся система, то есть система способная воспроизводить себе подобных, со всеми их функциями.

Таким образом, организм – многоуровневая, иерархическая, открытая, самовоспроизводящаяся биологическая система.

Индивид –дескретная биологическая единица, имеющая свои собственные свойства.

Все индивиды образуют генеральную совокупность.

1. Дескретность индивида – отсутствие прямых материальных связей с другими биологическими системами (индивидами).

2. Генетическая уникальность индивида.

3. Функциональная независимость.

Гомеостаз Homeostasis От греч.Homos – похожий + Stasis – состояние

Гомеостаз – в физиологии – особенность организма, заключающаяся в способности противостоять изменениям и сохранять в течение жизни относительное постоянство состава и свойств.

Гомеостаз – в экологии – состояние динамически подвижного равновесия экосистемы, поддерживаемое сложными приспособительными реакциями, регулярным возобновлением основных ее структур, вещественно-энергетического состава и внутренних свойств, а также постоянной функциональной саморегуляцией во всех ее звеньях.

Гомеостаз направлен на максимальное ограничение воздействий внешней и внутренней среды, сохранение относительного постоянства структуры и функций в системе.

Унитарные организмы – человек, комар и т.д. Из зиготы развивается организм.

Один уровень организации – организм.

Особь составляет весь индивидум возникший из зиготы.

Расселение с помощью особей.

Старение всего организма.

Возрастной структуры нет.

В систематике используются признаки целых организмов.

Уже возможности проявления изменчивости.

Модулярные организмы – растения. Они состоят из отдельных модулей – лист, почка, часть стебля, соцветие и т.д. Среди животных это кишечнополостные, губки, мшанки, многие колониальные организмы.

Из зиготы развивается модуль.

Может быть несколько уровней модулярной организации –лист с почкой, побег, система ветвей или цветок, соцветие.

Особь – генетический индивидуум(все что возникло из зиготы, а не отдельные модули).

Расселение с помощью модулей.

Тело модулярного организма имеет возрастную структуру.

Смерть может наблюдаться и у особи и у модулей. Запрограмированной смерти нет (умирают часто от болезней, или от больших размеров).

Модулярное старение –листопад.

В систематике используются признаки модулей (строение цветка, листа и т.д.).

Взаимоотношение со средой только посредством модулей (расселение, связь с другими организмами и т.д.).

Гораздо шире возможности индивидуальной изменчивости (размеры, сроки цветения).

Приспособленность (адаптация)

Это свойство организма минимизировать воздействие экстремальных факторов среды, благодаря наследственно закрепленным морфо-физиологическим показателям, возникшим с течением времени (в ходе эволюции).

Следствием приспособленности является наибольший вклад особей (особи), с данными морфо-физиологическими показателями, в численность будущего поколения.

Конвергенция и паралеллизм

Конвергентное развитие – образование сходных морфо-физиологических адаптаций к определенной среде обитания у генетически удаленных групп организмов, возникающее при длительном существовании в ней. (Морские хищники- акула, дельфин, пингвин, ихтиозавр)

Параллельное развитие – образование сходных форм путем экологической радиации у родственных групп, вследствие воздействия изолирующих факторов, на общую предковую форму. (Сумчатые и плацентарные).

Однако не смотря на внешнее сходство при явлении конвергенции и паралеллизма организмы могут по разному взаимодействовать со средой и потреблять ее ресурсы.

Экологические группы организмов

Выделение различных групп организмов в биоценозе особенно важно для практики мониторинга экосистем.

При анализе видового состава биоценоза обычно ограничиваются определением такового в конкретной группе организмов.

Прежде всего делят население на флору и фауну.

Затем используют самые разнообразные критерии для выделения групп. Так, например, учитывают число фотосинтезирующих организмов, растительноядных, облигатно хищных видов или число видов в травяном ярусе леса, число видов планктона в столбе воды под 1 м2 площади и т. п.

Группы организмов в пределах биоценоза, которые выделяют на основе трофических и топических взаимосвязей, составляют так называемые консорции, а на основе функциональных связей – гильдии.

Консорцией называют совокупность видов, связанных пищевыми, топическими и другими связями между собой и с видом, который считают видом-эдификатором. Обычно это растение-автотроф.

Например, ель (вид-эдификатор) со всеми организмами, которые связаны с ней топическими, вещественными, энергетическим связями, по которым обеспечивается возможность трансформации (или даже круговорота) веществ в этой единице биоценоза, является консорциумом.

Гильдия– это группа видов, использующих один и тот же класс ресурсов среды одинаковым способом. Сюда входят виды, экологические ниши которых существенно перекрываются в их потребностях, т. е. виды одной трофической группировки. (короеды, травоядные копытные, нектарофоги).

Гильдия, по существу, является синонимом понятия “трофическая группировка”.

Таким образом, группы организмов, выделяемые по признаку трофики или пространственного положения, участвуют в разных процессах круговорота вещества и энергии, но тесно связаны друг с другом.

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕЙСТВИЯ НА ОРГАНИЗМЫ

Все живые организмы подвергаются воздействию самых разнообразных абиотических, биотических и антропогенно-техногенных факторов.

Экологические факторы воздействуют на живые организмы различно:

1. Устраняя некоторые виды с территории (климатические и физико–химические особенности которых им не подходят) и, следовательно, изменяя их географическое распространение.

2. Изменяя плодовитость и смертность разных видов путем воздействия на развитие каждого из них, и вызывая миграции, т.е. влияя на плотность популяций.

3. Способствуя появлению адаптивных модификаций: количественных изменений обмена веществ и таких качественных изменений, как диапауза, зимняя и летняя спячки, фотопериодические реакции и т.д.

Причины разнообразия организмов

1. Нет однородных местообитаний.

2. Внутри сходных местообитаний есть градиенты факторов и ресурсов (пространственные, временн’ые).

3. Появление одних организмов повышает вероятность появления других (паразит-хозяин, хищник жертва).

4. При больших ресурсах и однородной среде возникает дивергенция внутри популяции одного вида, что приводит к увеличению разнообразия.

Экотипы

Это внутривидовые генетически предопределенные локальные соответствия между организмом и средой. Главное, чтобы признак был генетически зокреплен.

Не нужно путать экотип с фенотипической реакцией организма на условия.

Полиморфизм

Это изменчивость внутри локальных популяций. Это существование в пределах одного и того же местообитания двух или более отчетливо различимых внутривидовых форм, причем в таких соотношениях, что присудствие редчайшей из этих форм не может являться следствием мутагенеза или иммиграции.

Способы поддержания полиморфизма:

1. Интенсивность отбора может меняться в пределах некоторого диапазона. На одной из границ отбор благоприятствует одной форме, а на другой – другой. При промежуточной интенсивности отбора могут возникать полиморфные популяции.

2. Частотно-зависимый отбор. Любая из внутривидовых форм наиболее жизнеспособна тогда, когда встречается реже остальных. (Необычноокрашенные формы жертв- при этом хищники могут их не распознавать).

3. Действие отбора в различных направлениях, в связи с чем, возникает сложная пространственная структура популяции с множествами морф.

Лекция 4

ОРГАНИЗМ

Организм – открытая система, то есть обменивающаяся веществом и энергией с окружающей средой.

Индивид –дескретная биологическая единица, имеющая свои собственные свойства.

Все индивиды образуют генеральную совокупность.

2. Генетическая уникальность индивида.

3. Функциональная независимость.

Гомеостаз Homeostasis От греч.Homos – похожий + Stasis – состояние

Унитарные организмы – человек, комар и т.д. Из зиготы развивается организм.

Один уровень организации – организм.

Особь составляет весь индивидум возникший из зиготы.

Расселение с помощью особей.

Старение всего организма.

Возрастной структуры нет.

В систематике используются признаки целых организмов.

Уже возможности проявления изменчивости.

Из зиготы развивается модуль.

Особь – генетический индивидуум(все что возникло из зиготы, а не отдельные модули).

Расселение с помощью модулей.

Тело модулярного организма имеет возрастную структуру.

Модулярное старение –листопад.

В систематике используются признаки модулей (строение цветка, листа и т.д.).

Взаимоотношение со средой только посредством модулей (расселение, связь с другими организмами и т.д.).

Гораздо шире возможности индивидуальной изменчивости (размеры, сроки цветения).

§ 1. Организм человека как биологическая система » Народна Освіта

Вспомните признаки живого. Какие особенности в строении млекопитающих выделяют их среди других животных? Что такое вид, экосистема?

В прошлом учебном году на уроках биологии вы ознакомились с удивительным миром животных: изучали его разнообразие, особенности строения, процессов жизнедеятельности, поведения, приспособления к условиям обитания отдельных его представителей. Человек имеет много общих черт с представителями животного мира.

Ученые считают, что все человечество, невзирая на различия цвета кожи и других признаков, – это один биологический вид (рис. 1). Они так классифицировали его: тип Хордовые, подтип Позвоночные, класс Млекопитающие, ряд Приматы, семейство Гоминиды, род Человек, вид Человек разумный (Homo sapiens).

Однако человек, в отличие от животных, является личностью – в первую очередь субъектом общественных отношений.

АКТИВИЗИРУЙТЕ СВОИ ЗНАНИЯ

Вспомните: вид – это совокупность особей, подобных между собой по строению, процессам жизнедеятельности, требованиям к условиям обитания, которые дают плодовитое потомство.

Общие признаки, свойственные организму человека как биологической системе. Организм человека – это целостная, открытая, саморегулируемая и относительно устойчивая биологическая система.

Что это значит? В первую очередь выясним, что система – это единое целое, состоящее из тесно взаимосвязанных между собой отдельных частей.

Биологическая (живая) система – это структурное и функциональное объединение биологических элементов разного уровня сложности: молекул, клеток, тканей, органов и их систем, организмов и т. п.

К биологическим системам относятся: сложные молекулы (например, молекулы белков или нуклеиновых кислот); клетки; организмы; виды; экосистемы. Человек как сложная биологическая система находится на орга-низменном уровне организации.

Биологические системы низшего уровня организации являются составляющей биологических систем высшего уровня.

Так, биологические молекулы, например белки, нуклеиновые кислоты, входят в состав клеток, клетки – в состав тканей, ткани – в состав органов, органы и их системы – в состав целостного организма (рис. 2).

ЗАПОМНИТЕ! Сложные биологические системы, например организм человека, являются совокупностью биологических систем низшего ранга, взаимодействующих между собой. Именно их взаимодействие и определяет такие свойства организма, как целостность и способность к саморегуляции. Эти признаки являются общими с биологическими системами других многоклеточных живых существ: растениями, животными.

Следовательно, все составляющие организма человека не работают отдельно и не могут существовать независимо друг от друга. Они являются частью одного неделимого целого – организма, который открыто взаимодействует с окружающей средой, поскольку нуждается в поступлении из внешней среды веществ и энергии и выделении наружу продуктов обмена.

ЗАПОМНИТЕ! Адаптация – совокупность особенностей строения, функций и поведения живых организмов, обеспечивающих их существование в определенных условиях окружающей среды.

Единство всех биологических систем основывается, в частности, на единстве их химического состава. Организм человека, как любая биологическая система, состоит преимущественно из таких химических элементов, как Карбон (С), Гидроген (Н), Оксиген (О) и Нитроген (К). Эти химические элементы преобладают в разных организмах, составляя свыше 90 %.

Также для организма человека как целостной биологической системы характерны все проявления живого. Вспомним их.

Обмен веществ и энергии осуществляется в организме человека и с окружающей средой. В нем непосредственно участвуют следующие системы органов: пищеварительная, дыхательная, выделительная, кровеносная.

Эти процессы обеспечивают постоянное самообновление в организме: в частности, возобновляется химический состав клеток и клеточный состав организма. Раздражимость связана с реакцией организма на действие внешних и внутренних раздражителей.

Это обеспечивает связь организма с внешней и внутренней средой, его существование при постоянных изменениях в них и быстрое реагирование на такие изменения.

Размножение – способность организма человека воспроизводить себе подобных. Она основана на механизмах сохранения и передачи наследственной информации, обеспечивает непрерывность жизни.

Рост и развитие являются соответственно количественной и качественной характеристиками организма человека. Во время роста постепенно увеличиваются масса и размеры организма, а развиваясь, он изменяется качественно.

Движение – это изменение положения организма или его частей в пространстве. Движения организма человека обеспечивает опорно-двигательная система.

‘ Ключевые термины и понятия: биологическая система, адаптация.

Организм человека является биологической системой, которой свойственны: единство химического состава с другими биологическими системами; уровневость (ее составляющими являются биологические системы низших уровней: биологические молекулы, клетки, ткани, органы и их системы);

целостность (все составляющие выполняют определенные функции, взаимодействуя между собой);

открытость: организм человека нуждается в постоянном поступлении из окружающей среды веществ и энергии; в окружающую среду поступает использованная энергия в виде тепла и конечные продукты обмена веществ; саморегуляция, которую обеспечивают регуляторные системы.

ПРОВЕРЬТЕ И ПРИМЕНИТЕ ПОЛУЧЕННЫЕ ЗНАНИЯ

Ответьте на вопросы

1. Что такое биологическая система? Каковы ее свойства? 2. Какие существуют уровни организации биологических систем? 3. В чем заключается саморегуляция биологических систем? 4. На каком уровне организации находится организм человека?

Выберите один правильный ответ

1. Укажите ряд химических элементов, которые входят в состав всех органических соединений: а) Н, О, С, Si; б) Н, N О, С; в) Н, Fe, N С; г) Н, Р, О, С.

2. Укажите свойство организма человека, характеризующее способность приспосабливаться к изменениям во внешней и внутренней среде: а) целостность;

б) способность к движениям; в) формирование адаптаций; г) способность к размножению.

ОБСУДИТЕ В ГРУППАХ. В чем суть понятий молекулярный, клеточныйи ор-ганизменный уровни организации?

ПОДУМАЙТЕ. Что общего и в чем отличие между следующими биологическими системами: а) клетка в составе определенной ткани; б) клетка как самостоятельный организм (одноклеточное существо).

Составьте схемы структурной организации растения и животного.

Этот материал взят из учебника Биология 8 класс Матяш

Источник

Сайт aromolux.ru

Что такое открытая биологическая система в биологии

Биологические системы. Общие признаки

Содержание:

Биологические системы

Общие признаки биологических систем

Что такое открытая биологическая система в биологии

Организм

Живой организм — открытая биологическая система

Типы метаболизма

Значение питания для обмена веществ

Организация открытых биологических систем в пространстве и во времени. Поток информации, энергии и вещества в клетке, ультраструктуры их обеспечивающие.

Организм — открытая система – биология

Почему организм — открытая система — Науколандия

Клетка — открытая биологическая система

Организм человека как биологическая система. Химический состав организма человека

Организм как открытая система

Таким образом, организм – многоуровневая, иерархическая, открытая, самовоспроизводящаяся биологическая система

§ 1. Организм человека как биологическая система » Народна Освіта

Добавить комментарий Отменить ответ

Биологические системы. Общие признаки

Содержание:

Биологические системы

Общие признаки биологических систем

Что такое открытая биологическая система в биологии

Организм

Живой организм — открытая биологическая система

Типы метаболизма

Значение питания для обмена веществ

Организация открытых биологических систем в пространстве и во времени. Поток информации, энергии и вещества в клетке, ультраструктуры их обеспечивающие.

Организм — открытая система – биология

Почему организм — открытая система — Науколандия

Клетка — открытая биологическая система

Организм человека как биологическая система. Химический состав организма человека

Организм как открытая система

Таким образом, организм – многоуровневая, иерархическая, открытая, самовоспроизводящаяся биологическая система

§ 1. Организм человека как биологическая система » Народна Освіта

Вам также понравится

Что такое размер комиссии

Что такое психология своими словами

Что такое рекурсивные функции в информатике

Добавить комментарий Отменить ответ