Биологические системы. Биологические загрязнения среды

Биологические системы

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

1. Открытость - биологические системы открыты для поступления в них веществ, энергии и информации.
2. Высокая упорядоченность - согласованность между образующими систему компонентами; эффективное использование поступающей энергии.
3. Оптимальность конструкции - наиболее удачные сочетания элементов и частей; биологические системы включают наиболее легкие химические элементы; экономия строительного материала, минимизация живого вещества.
4. Управляемость - переход из одного состояния в другое.
5. 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.

Тканевый уровень

Обусловлен совокупностью клеток, сходных по строению и объединенных выполнением общей функции.

Система: ткань.

Процессы: процессы взаимодействия клеток в многоклеточном организме.

Органный уровень

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.

Популяционно-видовой уровень

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.

Биосферный уровень

Определяется взаимоотношениями между различными экосистемами (биогеоценозами), круговоротом веществ и превращением энергии.

Система: Биосфера.

Процессы: круговорот веществ и превращение энергии.

Основные свойства живых систем

1. Единство химического состава

Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и тела неживой природы, только в разном соотношении - 98% химического состава живых организмов приходится на углерод, кислород, водород и азот.

2. Обмен веществ

Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, при этом они поглощают необходимые вещества и выделяют продукты жизнедеятельности. Обмен веществ обеспечивает гомеостаз - постоянство физико-химического состава организма и всех его частей. Обмен веществ происходит и в неживой природе, однако при этом происходит их перемещение (смыв почвы) или изменение только их агрегатного состояния (испарение воды), а при биологическом обмене веществ - их превращение.

3. Самовоспроизведение (репродукция)

Живые организмы способны воспроизводить себе подобных. В основе этого свойства лежит образование новых молекул и структур на основе информации, хранящейся в ДНК. Благодаря самовоспроизведению не только целые организмы, но и клетки, органоиды клеток после деления идентичны своим предшественникам.

4. Наследственность

Способность организмов сохранять и передавать из поколения в поколение признаки, свойства, особенности, т.е. обеспечивать преемственность поколений.

5. Изменчивость

Способность организмов в течение жизни приобретать новые признаки и свойства, в основе которого лежит процесс изменения молекул ДНК. Это свойство поставляет материал для естественного отбора.

6. Развитие и рост

Развитие - всеобщее свойство материи - необратимое направленное закономерное изменение живых и неживых систем, в результате которого появляются качественно новые состояния систем. Развитие живых систем представлено индивидуальным развитием (онтогенез) и историческим развитием видов (филогенез). Развитие сопровождается ростом - увеличением размеров, массы и объема организма.

7. Раздражимость

Способность организмов избирательно реагировать на внешние воздействия окружающей среды. Изменение условий окружающей среды по отношению к организму - раздражение, а реакция организма на внешние раздражители - раздражимость - показатель чувствительности организма к раздражителям. У растений - тропизмы (изменение характера роста): геотропизм, гелиотропизм, аэротропизм, реотропизм, термотропизм, фототропизм - и настии (движение отдельных частей растительного организма): движение листьев к свету; у простейших животных - таксисы (изменение характера движения): хемотаксис, фототаксис, аэротаксис, геотаксис, реотаксис, термотаксис; у многоклеточных животных - рефлекс (ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая и контролируемая нервной системой).

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.

9. Саморегуляция

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.

10. Ритмичность

Изменения интенсивности физиологических процессов и функций с различными периодами колебаний (суточные, сезонные ритмы). Ритмичность обеспечивает приспособление организмов к периодически изменяющимся условиям существования.

11. Энергозависимость

Живые организмы - это открытые системы, которые являются устойчивыми только при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи извне.

12. Самообновление

Способность восстанавливать макромолекулы, органоиды и клетки при постепенном их разрушении.

13. Иерархичность

Все живое, от биополимеров до биосферы, находится в определенной соподчиненности, и функционирование менее сложных биологических систем делает возможным существование более сложных биологических систем.

Кириленко А. А. Биология. ЕГЭ. Раздел «Молекулярная биология». Теория, тренировочные задания. 2017.

биологическая среда - — Тематики биотехнологии EN biological medium … Справочник технического переводчика

Среда - (ц.слав. – середина) – один из дней недели, серединный, связанные с воспоминанием православной церкви о предании Иисуса Христа на страдания и смерть, о самих страданиях и смерти. Среда является постным днем в память об этих событиях. В страстную… … Основы духовной культуры (энциклопедический словарь педагога)

Вода Общие Систематическое наименование Оксид водорода Традиционные названия вода Химическая формула Н2O … Википедия

Система биологическая - динамически саморегулирующиеся и, как правило, саморазвивающиеся и самовоспроизводящиеся биологические образования различной сложности (от макромолекулы до биосферы планеты как глобальной экосистемы и биоты одновременно) (см. Биота, Экосистема).… … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов

У этого термина существуют и другие значения, см. Природа (значения). Природа материальный мир Вселенной, в сущности основной объект изучения естественных наук. В быту слово «природа» часто употребляется в значении естественная среда… … Википедия

Мясо из пробирки, также известное как культивируемое мясо или искусственное мясо это мясо, которое никогда не было частью живущего, полноценного животного. В нескольких современных исследовательских проектах пытаются выращивать мясо в пробирке… … Википедия

Неклассический метод эстетич. и культурологич. исследований, предлагаемый Делёзом и Ф. Гаттари в качестве альтернативы психоанализу. Принцип, отличие от психоанализа заключается в том, что Ш. раскрывает нефигуративное и несимволич.… … Энциклопедия культурологии

Явление необратимого перехода энергии звуковой волны в др. виды энергии и, в частности, в теплоту. Характеризуется коэфф. поглощения а, к рый определяется как обратная величина расстояния, на к ром амплитуда звуковой волны уменьшается в е=2,718… … Физическая энциклопедия

Околоушная слюнная железа Слюна (лат. saliva) прозрачная бесцветная жидкость, жидкая биологическая среда организма выделяемая в полость рта тремя парами крупных слюнных желез (подчелюстные, околоушные, подъязычные) … Википедия

ПРИГОЖИН ИЛЬЯ РОМАНОВИЧ - (1917 2003) – бельгийский химик, лауреат Нобелевской премии (1977), родился в Москве, а с 1921 г. проживал в Литве, Германии, Бельгии, профессор физической химии, директором международного института физики и химии в Брюсселе, интересовался… … Философия науки и техники: тематический словарь

ТРАНСФОРМИЗМ - биологическая теория, сформулированная в XVII в., согласно которой живые существа в различные геологические эпохи отличались друг от друга, претерпевая постепенные преобразования. Эти преобразования могут быть вызваны условиями жизни (среда),… … Философский словарь

Книги

• , В. А. Ройтман, С. А. Беэр. Монография посвящена важной, однако слабо освещенной в мировой литературе проблеме - паразитизму как производному эволюции биосферы. Рассматриваются следующие разделы: трансформирование…
• Паразитизм как форма симбиотических отношений , В. А. Ройтман. Монография посвящена важной, однако слабо освещенной в мировой литературе проблеме – паразитизму как производному эволюции биосферы. Рассматриваются следующие разделы: трансформирование…

Биологическое загрязнение среды происходит по причине антропогенного воздействия на окружающий мир. Главным образом в биосферу попадают различные вирусы и бактерии, которые ухудшают состояние экосистем, влияют на виды животных и растений.

Источники биологического загрязнения

• пищевые предприятия;
• бытовые и промышленные сточные воды;
• мусорные свалки и полигоны;
• кладбища;
• канализационные сети.

Биологическое загрязнение в различные времена способствовало появлению эпидемиям чумы и оспы, лихорадки у людей и разных видов животных и птиц. В разные времена опасность представляли и представляют следующие вирусы:

• сибирская язва;
• чума;
• оспа;
• геморрагическая лихорадка Эбола;
• чума крупного рогатого скота;
• пирикуляриоз риса;
• вирус Непах;
• туляремия;
• ботулинический токсин;
• вирус Химеры.

Эти вирусы приводят к летальному исходу людей и животных. В результате следует поднимать проблему биологического загрязнения. Если его не остановить, то какой-нибудь вирус, может массово и за короткое время погубить миллионы животных, растений и людей так быстро, что угроза химического или радиоактивного загрязнения покажется не такой сильной.

Методы борьбы с биологическим загрязнением

У людей все проще: можно сделать прививку от самых страшных вирусов. Заражение флоры и фауны различными микроорганизмами и бактериями невозможно контролировать. В качестве профилактики везде следует соблюдать высокие санитарно-эпидемиологические нормы. Особую опасность представляют изобретения генной инженерии и биотехнологий. Из лабораторий микроорганизмы могут попасть в окружающую среду и быстрыми темпами распространяться. Некоторые изобретения ведут к генным мутациям, влияют не только на состояние организма конкретных особей, но и способствуют ухудшению репродуктивной функции, в результате чего виды флоры и фауны не смогут возобновлять свою численность. Это же касается и человеческого рода. Таким образом, биологическое загрязнение способно быстро и масштабно погубить все живое на планете, включая людей.

Преимущества биологических методов

Длительное время наблюдения, которые мы с использованием современной терминологии называем мониторингом, производились лишь за изменениями концентраций в среде тех или иных вредных веществ, и некоторыми другими параметрами состояния природной среды, связанными в основном с естественными причинами. В отличие от динамики экосистем, вызываемой естественными факторами, их изменения под воздействием антропогенных и техногенных факторов происходят весьма быстро.

Логично предположить, что, поскольку на живые организмы сильно и негативно воздействуют различные химические примеси в среде, именно химическими методами и следует оценивать качество среды. Однако это не совсем так. Дело в том, что нередко химические методы не способны определить наличие в среде вредных веществ в силу их низкой концентрации, однако за счет эффекта кумуляции их вредное воздействие оказывается ощутимым.

Замечание 1

Точно также химические методы не могут отобразить специфику совместного действия на организм нескольких вредных веществ, которая не сводится к суммации отдельных воздействий. Наконец, существует явление адаптации, благодаря которому воздействие одних и тех же концентраций тех же самых загрязнителей на разные поколения организмов неравнозначно. Все эти недостатки химических методов становятся несущественными для биологических.

Биологические тест-объекты

Определение 1

Тест-объекты - это организмы, используемые для оценки токсичности химических веществ, промышленных выбросов, атмосферных примесей, природных и сточных вод, почв, донных отложений водоемов, кормов и др.

Это своего рода «датчики» сигнальной информации, показывающей степень токсичности среды, они позволяют заменить сложные химические анализы, дают возможность оперативно констатировать факт токсичности (ядовитости, вредности) среды, независимо от ее обусловленности одним, легко определяемым аналитически веществом или целым комплексом химически не определяемых веществ. Тест-объекты с высокой степенью приближения позволяют дать количественную оценку уровня токсичности загрязнения воздушной, водной и почвенной среды.

В качестве таких объектов используют самые разные организмы – растения, беспозвоночных и позвоночных животных.

Методики исследований также различны. Это изучение видового состава и численности биоиндикаторов в сообществах, лабораторные исследования, в которых отмечается воздействие тестируемой среды на выживаемость, плодовитость, стабильность развития организмов. Популярными объектами таких исследований являются:

• семена ряда растений,
• лишайники,
• дафнии,
• многие водные беспозвоночные,
• рыбы,
• и т.д.

Замечание 2

По используемому объекту нередко называют и весь метод, например, метод, основанный на использовании в качестве тест-объекта лишайников называется лихеноиндикацией.

Тест-объекты должны чутко реагировать на характер и состав субстрата, на микроклиматические условия и состав среды. Использованию их как объектов глобального мониторинга способствует широкое распространение и выраженная реакция на внешнее воздействие, притом, что собственная изменчивость этих организмов должна быть относительно незначительной.

Тест-объекты служат интегральным индикатором состояния среды и косвенно выражают свей реакцией общую "благоприятность" комплекса абиотических факторов среды для биоты. Кроме того, большая часть химических соединений, вредно влияющих на организмы, входит в состав выбросов большинства промышленных производств, что позволяет использовать биологические тест-объекты для тонкой индикации антропогенной нагрузки.

Наиболее тонким механизмом подобных исследований является изучение стабильности развития, при этом появляется возможность оценивать слабые уровни воздействия на среду, не приводящие к гибели организмов.