Урок 18. Единство многообразия: биологические системы
Предмет: Естествознание, 10 класс

Конспект урока

Естествознание, 10 класс

Урок 18. «Единство многообразия: биологические системы»

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Как можно определить понятие «жизнь»;

Что такое иерархические уровни организации живой материи;

Сколько уровней организации живого и каковы критерии их выделения;

Почему необходимо осознавать иерархичность и системную организацию природы;

Глоссарий по теме:

Биология – наука о живой природе и закономерностях, ею управляющих; изучает все проявления жизни, строение и функционирование живых существ, а также их сообществ, их взаимосвязи между собой и с неживой природой.

Биологическая система - самообновляющиеся, самовоспроизводящиеся и саморегулирующиеся на основе потоков вещества, энергии и информации структуры; состоит из подсистем низшего уровня и является подсистемой высшего уровня.

Уровни организации биосистем – это функциональное место биологической структуры определённой степени сложности в общей иерархии живого. Различают молекулярно-генетический, клеточный, органно-тканевой, организменный, популяционно-видовой, экосистемный (биогеоценотический), биосферный уровни.

Особь – самостоятельно существующий организм.

Вид – группа особей, сходных по морфолого-анатомическим, физиолого-экологическим, биохимическим и генетическим признакам, занимающих естественный ареал, способных свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство; основная структурная единица биологической систематики живых.

Популяция — структурная единица вида, совокупность особей (организмов) одного вида, которые населяют определённую территорию и взаимодействуют друг с другом.

Экосистема — это совокупность совместно обитающих популяций разных видов и среды их обитания, объединённых потоками вещества и энергии. Основа экосистемы — растения и/или бактерии, которые создают первичное органическое вещество в результате процессов фотосинтеза или хемосинтеза.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017.: с 84-87.

Электронные ресурсы:

Уровни организации живого. Проект «Вся биология» // электронный доступ: http://www.sbio.info/dic/12476

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Живой мир необычайно разнообразен. В настоящее время описано примерно 500 тыс. видов растений и более 1,6 млн. животных, более 3 тыс. видов микроорганизмов. И ещё порядка двух миллионов видов ждут своего открытия учёными.

В задачи биологии входит выявление и объяснение общих явлений и процессов для всего многообразия форм жизни.

Дать полное определение сущности жизни на современном этапе развития науки ещё очень сложно. В настоящее время мы можем лишь наблюдать и фиксировать факты проявления этого феномена. Жизнь – это качественно особая форма существования материи. Важно познакомиться с различными подходами к определению сущности жизни, чтобы осознать всю сложность данного феномена.

Каждый организм независимо от сложности устройства представляет собой совокупность упорядоченно взаимодействующих структур, образующих единое целое, т.е. является системой. Отметим, что именно целое, а не сумма частей! Поскольку целое определяет новое свойство, которого не было у отдельных компонентов. При этом системы могут состоять из более мелких систем и сами входить в свою очередь в системы большего масштаба. Такая системность и иерархичность устройства является основным в организации и существовании жизни.

При этом не существует организмов, которые не взаимодействовали бы с окружающей средой, не обменивались с ней энергией и веществом. Именно эта особенность позволяет организмам поддерживать свою целостность (упорядоченность) и выполнять свои функции. При этом организмы имеют возможность обмениваться информацией и реагировать на изменения условий окружающей среды – это свойство получило название раздражимость (не путать с раздражительностью!).

Особо обратим внимание, что отличительной характеристикой биологических систем от всех других является самостоятельность организации и протекания всех процессов жизнедеятельности, хранение и передача информации о своей структуре и функциях. Эти механизмы одинаковы для всех живых организмов, что позволяет сделать вывод о единстве всего живого.

Таким образом, биологическую систему можно определить как самообновляющиеся, самовоспроизводящиеся и саморегулирующиеся на основе потоков вещества, энергии и информации структуры, состоящей из подсистем низшего уровня и являющейся подсистемой высшего уровня.

Выделяют следующие уровни организации биосистем: молекулярно-генетический, организменный (онтогенетический), популяционно-видовой, экосистемный. Для удобства изучения фундаментальных уровней организации биосистем выделяют более мелкие уровни организации. К группе микросистем относят молекулярный и клеточный, к мезосистемным – тканевой, органный и организменный, к группе макросистем – популяционно-видовой, экосистемный (биогеоценотический), биосферный уровни. Каждая биологическая система принадлежит к определённому уровню организации. Существование жизни на каждом последующем уровне определяется структурой более низшего уровня, что определяется как иерархичности живого.

Молекулярный уровень – это самый низший уровень, здесь проходит граница между живым и неживым. Этот уровень представлен системами в формате макромолекул – биополимеров, которые участвуют в построении всех живых организмов. Нуклеиновые кислоты, построенные из пяти азотистых оснований и двух моносахаров; белки построены в основном из 20 стандартных аминокислот –, которые присущи только живым организмам, но сами по себе не могут считаться живыми, т.к. не обладают всеми свойствами живого.

Клеточный уровень – характеризуется единством структурной организации всех живых организмов, которое заключается в том, что существует некая структура, отделяющая внутреннюю среду клетки от внешней; система внутренней среды, которая отвечает за выполнение всех жизненных функций клетки, генетический аппарат. Клетка – низшая система, которой присущи все свойства живого.

Органно-тканевой уровень возникает вместе с появлением многоклеточных организмов, обладающих дифференцированными клетками, которые объединяются в ткани. Различные ткани сочетаясь составляют структуры, выполняющие определённые жизненные функции – органы. Системы органов образуют в свою очередь целостные многоклеточные организмы.

Организменный уровень. Разнообразие организмов, относящихся к одному или разным видам, - следствие не разнообразия дискретных единиц низшего порядка, а все усложняющихся их пространственных комбинаций., обуславливающих новые качественные особенности. При этом каждая особь – организм как целое – имеет свои отличительные черты. Это относится и к многоклеточным и к организмам представленных одной клеткой.

Популяционно-видовой уровень – первая надорганизменная макросистема, компонентами которой являются особи одного вида (сходные по совокупности критериев вида). Вид в целом в форме популяций выполняет роль биотических компонентов биогеоценозов. Популяция – единица эволюции, Именно в ней происходят эволюционные процессы.

Биогеоценотический (от греч. биос – жизнь, геос – Земля, ценоз – общий), экосистемный уровень – исторически сложившиеся на определённой территории устойчивые сообщества популяций разных видов, связанных между собой и с окружающей средой обменом веществ, энергии и информации.

Биосферный уровень (от греч. биос – жизнь, сфера – шар). Это высший уровень организации жизни на нашей планете, где компонентами выступают не отдельные участки поверхности Земли и отдельные популяции, а в единстве оболочек Земли (водной, газовой, каменной) и живого, способного трансформировать космическую энергию Солнца в различные виды (химических связей, тепловую, механическую, электрическую и т.д.).

Вывод:

Все многообразие жизни обнаруживает единство, проявляющееся в иерархичности системной организации живой природы. Взаимосвязь и взаимообусловленность существования живого и неживого на планете Земля обусловлены постоянными потоками энергии, информации и вещества.

Законы функционирования биосистем более высоких уровней не отменяют те, которые характерны для систем более низкого уровня.

Жизнь в целом и человека в частности на планете Земля – явление космическое, уникальное, обусловленное множеством закономерных факторов, но главным является приток энергии извне. Существование биологических систем разных уровней организации без притока энергии невозможно.

Современные биосистемы различных уровней сформировались в результате достаточно длительного периода их эволюции и планеты в целом - пренебрежение человеком, в процессе хозяйственной деятельности, знаниями о законах функционирования природы может привести к нарушениям в работе биосистем.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. Расположите в правильной последовательности биосистемы различных уровней от низшего к более высокому:

Организм; ткань; макромолекулы; орган; клетка; система органов

Ответ: макромолекулы – клетка – ткань орган – система органов - организм

Пояснение: последовательность отражает иерархию живого.

Задание 2. Найдите ошибку (ошибки) и вычеркните их.

Уровни организации биосистем:

Атомный уровень;
молекулярно-генетический уровень;
клеточный уровень;
человеческий уровень;
органно-тканевой уровень;
организменный уровень;
популяционно-видовой уровень;
инстинктивный уровень;
экосистемный (биогеоценотический) уровень;
биосферный уровень;

Ответ:

Атомный уровень;

молекулярно-генетический уровень;
клеточный уровень;

человеческий уровень;

органно-тканевой уровень;
организменный уровень;
популяционно-видовой уровень;

инстинктивный уровень;

экосистемный (биогеоценотический) уровень;
биосферный уровень;

Пояснение: уровни отражают иерархию биологических систем. Уровень атома – это физическая система, инстинктивный уровень связан с поведенческими характеристиками и не могут выступать уровнем в иерархии биосистем; человеческий уровень (вероятно, уровень человеческого организма)– человек является частью иерархии биосистем.