L'importance du niveau cellulaire d'organisation de la matière vivante. Niveaux d'organisation de la vie. Propriétés fondamentales de la matière vivante

Le monde vivant est un ensemble de systèmes biologiques différents niveaux d’organisation et différentes subordinations. Ils sont en interaction continue. Il existe plusieurs niveaux de matière vivante :

Moléculaire– tout système vivant, aussi complexe soit-il organisé, se manifeste au niveau du fonctionnement des macromolécules biologiques : acides nucléiques, protéines, polysaccharides, ainsi que d'importants matière organique. A partir de ce niveau commencent les processus vitaux les plus importants du corps : métabolisme et conversion énergétique, transmission informations héréditaires etc. – le niveau le plus ancien de la structure de la nature vivante, à la limite de la nature inanimée.

Cellulaire– une cellule est une unité structurelle et fonctionnelle, également une unité de reproduction et de développement de tous les organismes vivants vivant sur Terre. Il n’existe pas de formes de vie non cellulaires, et l’existence de virus ne fait que confirmer cette règle, puisqu’ils ne peuvent présenter les propriétés des systèmes vivants que dans les cellules.

Tissu— Le tissu est un ensemble de cellules de structure similaire, unies par une fonction commune.

Organe— chez la plupart des animaux, un organe est une combinaison structurelle et fonctionnelle de plusieurs types de tissus. Par exemple, la peau humaine en tant qu'organe comprend l'épithélium et le tissu conjonctif, qui remplissent ensemble un certain nombre de fonctions, parmi lesquelles la plus importante est protectrice.

Organisme- un organisme multicellulaire est un système intégral d'organes spécialisés pour accomplir diverses fonctions. Différences entre les plantes et les animaux dans la structure et les méthodes d'alimentation. La connexion des organismes avec leur environnement, leur adaptabilité à celui-ci.

Espèce-population– un ensemble d’organismes de la même espèce, unis par un habitat commun, crée une population comme un système d’ordre supra-organisme. Dans ce système, les transformations évolutives les plus simples et élémentaires sont effectuées.

Biogéocénotique— biogéocénose — un ensemble d'organismes différents types et complexité variable de l'organisation, tous facteurs environnementaux.

Biosphère- biosphère - le plus haut niveau organisation de la matière vivante sur notre planète, y compris toute vie sur Terre. Ainsi, la nature vivante est un système hiérarchique organisé de manière complexe.

2. Reproduction au niveau cellulaire, mitose et son rôle biologique

Mitose (du grec mitos - fil), type de division cellulaire à la suite de laquelle les cellules filles reçoivent du matériel génétique identique à celui contenu dans la cellule mère. La caryocinèse, division cellulaire indirecte, est la méthode de reproduction cellulaire (reproduction) la plus courante, assurant la répartition identique du matériel génétique entre les cellules filles et la continuité des chromosomes dans plusieurs générations cellulaires.

Riz. 1. Schéma de mitose : 1, 2 – prophase ; 3 – prométaphase ; 4 – métaphase ; 5 – anaphase ; 6 – télophase précoce ; 7 – télophase tardive

La signification biologique de la mitose est déterminée par la combinaison du doublement des chromosomes grâce à leur division longitudinale et à leur distribution uniforme entre les cellules filles. Le début de la mitose est précédé d'une période de préparation qui comprend le stockage d'énergie, la synthèse de l'acide désoxyribonucléique (ADN) et la reproduction des centrioles. La source d'énergie est constituée de composés riches en énergie, ou de composés dits à haute énergie. La mitose ne s’accompagne pas d’une respiration accrue car les processus oxydatifs se produisent en interphase (remplissant la « réserve énergétique de l’ara »). Le remplissage et l'épuisement périodiques de la réserve énergétique de l'ara constituent la base de l'énergie de la mitose.

Les étapes de la mitose sont les suivantes. Processus unique. La mitose est généralement divisée en 4 étapes : prophase, métaphase, anaphase et télophase.

Riz. 2. Mitose dans les cellules méristématiques de la racine d'oignon (micrographie). Interphase

Parfois, une autre étape est décrite qui précède le début de la prophase - la préprophase (antéphase). La préprophase est une étape synthétique de la mitose, correspondant à la fin de l'interphase (périodes S-G 2). comprend la duplication de l'ADN et la synthèse du matériel de l'APPAREIL MITOTIQUE. EN PROPHASE, LA RÉORGANISATION du noyau se produit avec CONDENSATION et spiralisation des CHROMOSOMES, destruction de la membrane nucléaire et formation de l'appareil mitotique par la synthèse des protéines et leur « assemblage » en système orienté DIVISION DES CELLULES DE BROCHES.

Riz. 3. Mitose dans des touffes méristématiques de racine d'oignon (micrographie). Prophase (figurine de balle lâche)

Riz. 4. Mitose dans les cellules méristématiques de la racine d'oignon (micrographie). Prophase tardive (destruction de l'enveloppe nucléaire)

MÉTAPHASE - consiste en le mouvement des CHROMOSOMES vers le plan équatorial (métakinèse, ou prométaphase), la formation de la PLAQUE équatoriale (« étoile mère ») et la séparation des chromatides, ou chromosomes frères.

Riz. 5. Mitose dans les cellules méristématiques de la racine d'oignon (micrographie). Prométaphase

Fig.6. Mitose dans les cellules méristématiques d'une racine d'oignon (micrographie). Métaphase

Riz. 7. Mitose dans les cellules méristématiques de la racine d'oignon (micrographie). Anaphase

L'ANAPHASE est l'étape de divergence des chromosomes vers les pôles. Le mouvement anaphase est associé à l'allongement des fils centraux du fuseau, qui écarte les pôles mitotiques, et au raccourcissement des microtubules chromosomiques de l'appareil mitotique. L'allongement des fils centraux du FUSEAU se produit soit en raison de la POLARISATION des « macromolécules de rechange » qui complètent la construction des MICROTUBULES du fuseau, soit en raison de la déshydratation de cette structure. Le raccourcissement des microtubules chromosomiques est assuré par les PROPRIÉTÉS des protéines contractiles de l'appareil mitotique, capables de se contracter sans s'épaissir. TÉLOPHASE - consiste en la reconstruction des noyaux filles à partir des chromosomes rassemblés aux pôles, la division du corps cellulaire (CYTOTHYMY, CYTOKINESIS) et la destruction finale de l'appareil mitotique avec FORMATION d'un corps intermédiaire. La reconstruction des noyaux filles est associée à la désespéralisation des chromosomes, à la RESTAURATION du nucléole et de la membrane nucléaire. La cytotomie est réalisée par la formation d'une PLAQUE cellulaire (dans une cellule végétale) ou par la formation d'un sillon de clivage (dans une cellule animale).

Figure 8. Mitose dans les cellules méristématiques d'une racine d'oignon (micrographie). Télophase précoce

Riz. 9. Mitose dans les cellules méristématiques de la racine d'oignon (micrographie). Télophase tardive

Le mécanisme de la cytotomie est associé soit à la contraction de l'anneau gélatinisé du CYTOPLASME encerclant l'ÉQUATEUR (« hypothèse de l'anneau contractile »), soit à l'expansion de la surface cellulaire due au redressement des chaînes protéiques en forme de boucle (« MEMBRANE expansion " hypothèse).

Durée de la mitose- dépend de la taille des cellules, de leur ploïdie, du nombre de noyaux, ainsi que des conditions environnement, notamment sur la température. Dans les cellules animales, la mitose dure 30 à 60 minutes, dans les cellules végétales 2 à 3 heures. Des étapes plus longues de mitose associées aux processus de synthèse (préprophase, prophase, télophase) et à l'auto-mouvement des chromosomes (métakinèse, anaphase) se produisent rapidement.

IMPORTANCE BIOLOGIQUE DE LA MITOSE - la constance de la structure et le fonctionnement correct des organes et des tissus d'un organisme multicellulaire seraient impossibles sans le maintien du même ensemble de matériel génétique dans d'innombrables générations de cellules. La mitose fournit des manifestations importantes de l'activité vitale : développement embryonnaire, croissance, restauration des organes et des tissus après des dommages, maintien de l'intégrité structurelle des tissus avec perte constante de cellules au cours de leur fonctionnement (remplacement des globules rouges morts, des cellules cutanées endommagées, épithélium intestinal, etc.) Chez les protozoaires, la mitose assure la reproduction asexuée.

3. Gamétogenèse, caractéristiques des cellules germinales, fécondation

Cellules reproductrices (gamètes) - les spermatozoïdes mâles et les ovules (ou ovules) femelles se développent dans les gonades. Dans le premier cas, le chemin de leur développement est appelé SPERMATOGENESIS (du grec spermatozoïde - graine et genèse - origine), dans le second - OVOGENESIS (du latin ovo - ovule)

Les gamètes sont des cellules sexuelles, leur participation à la fécondation, la formation d'un zygote (la première cellule d'un nouvel organisme). Le résultat de la fécondation est un doublement du nombre de chromosomes, la restauration de leur ensemble diploïde dans le zygote. Les caractéristiques des gamètes sont un ensemble unique et haploïde de chromosomes par rapport à l'ensemble diploïde de chromosomes dans les cellules du corps2. Étapes de développement des cellules germinales : 1) augmentation par mitose du nombre de cellules germinales primaires avec un ensemble diploïde de chromosomes, 2) croissance des cellules germinales primaires, 3) maturation des cellules germinales.

ÉTAPES DE LA GAMÉTHOGENÈSE - dans le processus de développement des spermatozoïdes et des ovules sexuels, des étapes sont distinguées (Fig.). La première étape est la période de reproduction, au cours de laquelle les cellules germinales primordiales se divisent par mitose, entraînant une augmentation de leur nombre. Lors de la spermatogenèse, la reproduction des cellules germinales primaires est très intense. Cela commence dès le début de la puberté et se poursuit tout au long de la période de reproduction. La reproduction des cellules germinales primordiales femelles chez les vertébrés inférieurs se poursuit presque tout au long de la vie. Chez l'homme, ces cellules ne se multiplient avec la plus grande intensité que pendant la période de développement prénatal. Après la formation des gonades féminines - les ovaires, les cellules germinales primaires cessent de se diviser, la plupart d'entre elles meurent et se résorbent, les autres restent dormantes jusqu'à la puberté.

La deuxième étape est la période de croissance. Chez les gamètes mâles immatures, cette période est exprimée de manière floue. La taille des gamètes mâles augmente légèrement. Au contraire, les futurs œufs - les ovocytes - augmentent parfois en taille des centaines, des milliers, voire des millions de fois. Chez certains animaux, les ovocytes se développent très rapidement – en quelques jours ou semaines ; chez d’autres espèces, la croissance se poursuit pendant des mois ou des années. La croissance des ovocytes est réalisée grâce à des substances formées par d'autres cellules du corps.

La troisième étape est la période de maturation, ou méiose (Fig. 1).

Riz. 9. Schéma de formation des cellules germinales

Les cellules entrant dans la période de méiose contiennent un ensemble diploïde de chromosomes et doublent déjà la quantité d'ADN (2n 4c).

Au cours du processus de reproduction sexuée, les organismes de toutes espèces conservent leur nombre caractéristique de chromosomes de génération en génération. Ceci est obtenu grâce au fait qu'avant la fusion des cellules germinales - la fécondation - pendant le processus de maturation, le nombre de chromosomes qu'elles contiennent diminue (diminue), c'est-à-dire à partir de l'ensemble diploïde (2n), l'ensemble haploïde (n) est formé. Les schémas de méiose dans les cellules germinales mâles et femelles sont essentiellement les mêmes.

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On distingue les niveaux d'organisation de la vie suivants : moléculaire, cellulaire, organe-tissu (parfois ils sont séparés), organisme, population-espèce, biogéocénotique, biosphère. Vivre la nature est un système, et les différents niveaux de son organisation forment sa structure hiérarchique complexe, lorsque les niveaux sous-jacents les plus simples déterminent les propriétés des niveaux supérieurs.

Si compliqué molécules organiques font partie des cellules et déterminent leur structure et leurs fonctions vitales. Dans les organismes multicellulaires, les cellules sont organisées en tissus et plusieurs tissus forment un organe. Un organisme multicellulaire est constitué de systèmes organiques ; d'autre part, l'organisme lui-même est une unité élémentaire d'une population et d'une espèce biologique. Une communauté est représentée par des populations en interaction de différentes espèces. La communauté et l'environnement forment une biogéocénose (écosystème). La totalité des écosystèmes de la planète Terre constitue sa biosphère.

À chaque niveau, de nouvelles propriétés des êtres vivants apparaissent, absentes au niveau sous-jacent, et leurs propres phénomènes élémentaires et unités élémentaires sont distingués. En même temps, à bien des égards, les niveaux reflètent le cours du processus évolutif.

L'identification des niveaux est pratique pour étudier la vie en tant que phénomène naturel complexe.

Examinons de plus près chaque niveau d'organisation de la vie.

Niveau moléculaire

Bien que les molécules soient constituées d’atomes, la différence entre la matière vivante et non vivante ne commence à apparaître qu’au niveau moléculaire. Présent uniquement dans les organismes vivants un grand nombre de substances organiques complexes - biopolymères (protéines, graisses, glucides, acides nucléiques). Cependant niveau moléculaire L’organisation du vivant comprend également des molécules inorganiques qui pénètrent dans les cellules et jouent un rôle important dans leur vie.

Le fonctionnement des molécules biologiques est à la base d’un système vivant. Au niveau moléculaire de la vie, le métabolisme et la conversion d'énergie se manifestent par des réactions chimiques, la transmission et la modification d'informations héréditaires (réduplication et mutations), ainsi que par un certain nombre d'autres processus cellulaires. Parfois, le niveau moléculaire est appelé génétique moléculaire.

Niveau de vie cellulaire

C'est la cellule qui est structurelle et unité fonctionnelle vivant. Il n’y a pas de vie en dehors de la cellule. Même les virus ne peuvent présenter les propriétés d’un être vivant que lorsqu’ils se trouvent dans la cellule hôte. Les biopolymères démontrent pleinement leur réactivité lorsqu'ils sont organisés en cellule, qui peut être considérée comme système complexe interconnectés principalement par diverses réactions chimiques de molécules.

A ce niveau cellulaire, le phénomène de la vie se manifeste, les mécanismes de transmission de l'information génétique et de transformation des substances et de l'énergie se couplent.

Organe-tissu

Seuls les organismes multicellulaires possèdent des tissus. Le tissu est un ensemble de cellules de structure et de fonction similaires.

Les tissus se forment au cours du processus d'ontogenèse par différenciation de cellules possédant la même information génétique. A ce niveau, la spécialisation cellulaire se produit.

Les plantes et les animaux possèdent différents types de tissus. Ainsi chez les plantes c’est un méristème, tissu protecteur, basique et conducteur. Chez les animaux - épithélial, conjonctif, musculaire et nerveux. Les tissus peuvent inclure une liste de sous-tissus.

Un organe est généralement constitué de plusieurs tissus interconnectés en une unité structurelle et fonctionnelle.

Les organes forment des systèmes organiques dont chacun est responsable d’une fonction importante pour le corps.

Le niveau des organes dans les organismes unicellulaires est représenté par divers organites cellulaires qui remplissent les fonctions de digestion, d'excrétion, de respiration, etc.

Niveau organique d'organisation des êtres vivants

Outre le niveau cellulaire, des unités structurelles distinctes sont distinguées au niveau de l'organisme (ou de l'ontogénétique). Les tissus et les organes ne peuvent pas vivre indépendamment, les organismes et les cellules (s'il s'agit d'un organisme unicellulaire) le peuvent.

Les organismes multicellulaires sont constitués de systèmes organiques.

Au niveau de l'organisme, des phénomènes vitaux tels que la reproduction, l'ontogenèse, le métabolisme, l'irritabilité, la régulation neurohumorale et l'homéostasie se manifestent. En d'autres termes, ses phénomènes élémentaires constituent les changements naturels de l'organisme en développement individuel. L'unité élémentaire est l'individu.

Espèce-population

Les organismes d'une même espèce, unis par un habitat commun, forment une population. Une espèce se compose généralement de plusieurs populations.

Les populations ont un pool génétique commun. Au sein d’une espèce, ils peuvent échanger des gènes, c’est-à-dire qu’ils constituent des systèmes génétiquement ouverts.

Des phénomènes évolutifs élémentaires se produisent dans les populations, conduisant finalement à la spéciation. La nature vivante ne peut évoluer qu'à des niveaux supra-organismes.

A ce niveau, surgit l’immortalité potentielle des vivants.

Niveau biogéocénotique

La biogéocénose est un ensemble d'organismes en interaction de différentes espèces avec divers facteurs environnementaux. Les phénomènes élémentaires sont représentés par des cycles matière-énergie, fournis principalement par les organismes vivants.

Le rôle du niveau biogéocénotique est la formation de communautés stables d'organismes de différentes espèces, adaptées à la vie ensemble dans un certain habitat.

Biosphère

Le niveau de la biosphère de l'organisation de la vie est un système ordre supérieur la vie sur Terre. La biosphère couvre toutes les manifestations de la vie sur la planète. A ce niveau, il existe une circulation globale de substances et un flux d'énergie (englobant toutes les biogéocénoses).

NIVEAUX D’ORGANISATION DE LA VIE

Il existe des niveaux d'organisation des êtres vivants moléculaire, cellulaire, tissulaire, organique, organisationnel, de population, d'espèce, biocénotique et global (biosphère). A tous ces niveaux se manifestent toutes les propriétés caractéristiques des êtres vivants. Chacun de ces niveaux est caractérisé par des caractéristiques inhérentes aux autres niveaux, mais chaque niveau a ses propres spécificités.

Niveau moléculaire. Ce niveau est profond dans l'organisation des êtres vivants et est représenté par des molécules d'acides nucléiques, de protéines, de glucides, de lipides et de stéroïdes présentes dans les cellules et appelées molécules biologiques. C'est à ce niveau que commencent et se déroulent les processus vitaux les plus importants (codage et transmission des informations héréditaires, respiration, métabolisme et énergie, variabilité, etc.). La spécificité physico-chimique de ce niveau est que la composition du vivant comprend une grande quantité éléments chimiques, mais la majeure partie des êtres vivants est représentée par le carbone, l'oxygène, l'hydrogène et l'azote. Les molécules sont formées à partir d'un groupe d'atomes et à partir de ces derniers, des composés chimiques complexes sont formés qui diffèrent par leur structure et leur fonction. La plupart de ces composés dans les cellules sont représentés par des acides nucléiques et des protéines dont les macromolécules sont des polymères synthétisés à la suite de la formation de monomères et de la combinaison de ces derniers dans un certain ordre. De plus, les monomères des macromolécules au sein d’un même composé possèdent les mêmes groupes chimiques et sont reliés par liaisons chimiques entre les atomes, leur non spécifique

parties (zones) classiques. Toutes les macromolécules sont universelles, puisqu’elles sont construites selon le même plan, quelle que soit leur espèce. Etant universels, ils sont en même temps uniques, car leur structure est inimitable. Par exemple, les nucléotides de l'ADN contiennent une base azotée sur quatre connues (adénine, guanine, cytosine ou thymine), de sorte que tout nucléotide est unique dans sa composition. La structure secondaire des molécules d’ADN est également unique.

La spécificité biologique au niveau moléculaire est déterminée par la spécificité fonctionnelle des molécules biologiques. Par exemple, la spécificité des acides nucléiques réside dans le fait qu’ils codent des informations génétiques sur la synthèse des protéines. De plus, ces processus sont réalisés à la suite des mêmes étapes métaboliques. Par exemple, la biosynthèse des acides nucléiques, des acides aminés et des protéines se déroule selon un schéma similaire dans tous les organismes. L'oxydation est également universelle Les acides gras, glycolyse et autres réactions.

La spécificité des protéines est déterminée par la séquence spécifique d'acides aminés dans leurs molécules. Cette séquence détermine en outre les propriétés biologiques spécifiques des protéines, puisqu'elles constituent les principales éléments structurels cellules, catalyseurs et régulateurs des réactions dans les cellules. Les glucides et les lipides constituent les sources d’énergie les plus importantes, tandis que les stéroïdes jouent un rôle important dans la régulation d’un certain nombre de processus métaboliques.

Au niveau moléculaire, l'énergie est convertie - l'énergie rayonnante en énergie chimique stockée dans les glucides et autres composants chimiques, et l'énergie chimique des glucides et d'autres molécules - en énergie biologiquement disponible stockée sous la forme de liaisons macroergiques de l'ATP. Enfin, ici, l'énergie des liaisons phosphate à haute énergie est convertie en travail - mécanique, électrique, chimique, osmotique. Les mécanismes de tous les processus métaboliques et énergétiques sont universels.

Les molécules biologiques assurent également la continuité entre les molécules et le niveau suivant (cellulaire), puisqu'elles sont le matériau à partir duquel se forment les structures supramoléculaires. Le niveau moléculaire est « l’arène » réactions chimiques, qui fournissent de l’énergie au niveau cellulaire.

Niveau cellulaire. Ce niveau d'organisation des êtres vivants est représenté par des cellules agissant comme des organisations indépendantes.

mov (bactéries, protozoaires, etc.), ainsi que les cellules d'organismes multicellulaires. La spécificité la plus importante de ce niveau est que la vie commence avec lui. Capables de vivre, de croître et de se reproduire, les cellules constituent la principale forme d'organisation de la matière vivante, les unités élémentaires à partir desquelles sont construits tous les êtres vivants (procaryotes et eucaryotes). Il n’existe pas de différences fondamentales de structure et de fonction entre les cellules végétales et animales. Certaines différences concernent uniquement la structure de leurs membranes et de leurs organites individuels. Il existe des différences structurelles notables entre les cellules procaryotes et les cellules eucaryotes, mais en termes fonctionnels, ces différences sont atténuées, car la règle « cellule à cellule » s'applique partout.

La spécificité du niveau cellulaire est déterminée par la spécialisation des cellules, l'existence de cellules en tant qu'unités spécialisées d'un organisme multicellulaire. Au niveau cellulaire, il existe une différenciation et un ordonnancement des processus vitaux dans l'espace et dans le temps, associés à l'attribution de fonctions à différentes structures sous-cellulaires. Par exemple, les cellules eucaryotes ont des systèmes membranaires considérablement développés (membrane plasmique, réticulum cytoplasmique, complexe lamellaire) et des organites cellulaires (noyau, chromosomes, centrioles, mitochondries, plastes, lysosomes, ribosomes). Les structures membranaires sont « l'arène » pour les processus vitaux les plus importants, et la structure à deux couches du système membranaire augmente considérablement la surface de « l'arène ». De plus, les structures membranaires assurent la séparation spatiale de nombreuses molécules biologiques dans les cellules, et leur état physique permet le mouvement diffus constant de certaines des molécules protéiques et phospholipidiques qu’elles contiennent. Ainsi, les membranes sont un système dont les composants sont en mouvement. Ils se caractérisent par divers réarrangements qui déterminent l'irritabilité des cellules - propriété la plus importante vivant.

Au niveau des tissus. Ce niveau est représenté par des tissus qui unissent des cellules d'une certaine structure, taille, emplacement et fonctions similaires. Les tissus sont apparus pendant développement historique avec la multicellularité. Dans les organismes multicellulaires, ils se forment au cours de l’ontogenèse en conséquence de la différenciation cellulaire. Chez les animaux, il existe plusieurs types de tissus (épithéliaux, conjonctifs, musculaires, sanguins, nerveux et reproducteurs). Les courses

Dans l'ombre, on distingue les tissus méristématiques, protecteurs, basiques et conducteurs. A ce niveau, la spécialisation cellulaire se produit.

Niveau orgue. Représenté par les organes des organismes. Chez les plantes et les animaux, les organes sont formés à partir de différentes quantités de tissus. Chez les protozoaires, la digestion, la respiration, la circulation des substances, l'excrétion, le mouvement et la reproduction sont assurés par divers organites. Les organismes plus avancés possèdent des systèmes organiques. Les vertébrés se caractérisent par une céphalisation, qui consiste à concentrer les centres nerveux et organes sensoriels les plus importants dans la tête.

Niveau organisationnel. Ce niveau est représenté par les organismes eux-mêmes - organismes unicellulaires et multicellulaires de nature végétale et animale. Une caractéristique spécifique du niveau de l'organisme est qu'à ce niveau se produisent le décodage et la mise en œuvre de l'information génétique, la création de caractéristiques structurelles et fonctionnelles inhérentes aux organismes d'une espèce donnée.

Niveau d'espèce. Ce niveau est déterminé par les espèces de plantes et d'animaux. Il existe actuellement environ 500 000 espèces de plantes et environ 1,5 million d'espèces d'animaux, dont les représentants se caractérisent par une grande variété d'habitats et occupent différentes niches écologiques. L'espèce est aussi une unité de classification des êtres vivants.

Niveau de population. Les plantes et les animaux n’existent pas isolément ; ils sont réunis en populations caractérisées par un pool génétique spécifique. Au sein d’une même espèce, il peut y avoir de une à plusieurs milliers de populations. Des transformations évolutives élémentaires s'effectuent dans les populations et une nouvelle forme adaptative est développée.

Niveau biocénotique. Il est représenté par des biocénoses - des communautés d'organismes de différentes espèces. Dans de telles communautés, les organismes de différentes espèces dépendent les uns des autres à un degré ou à un autre. Au cours du développement historique, des biogéocénoses (écosystèmes) sont apparues, qui sont des systèmes constitués de communautés interdépendantes d'organismes et de facteurs environnementaux abiotiques. Les écosystèmes sont caractérisés par un équilibre fluide entre les organismes et les facteurs abiotiques. À ce niveau, se déroulent les cycles matériels et énergétiques associés à l’activité vitale des organismes.

Niveau mondial (biosphère). Ce niveau est forme la plus élevée organisation des êtres vivants (systèmes vivants). Elle est représentée par la biosphère. À ce niveau, tous les cycles matériels et énergétiques sont réunis en une seule circulation géante de biosphère de substances et d’énergie.

Il existe une unité dialectique entre les différents niveaux d’organisation du vivant. Les êtres vivants sont organisés selon le type d'organisation du système, dont la base est la hiérarchie des systèmes. Le passage d'un niveau à un autre est associé à la préservation des mécanismes fonctionnels opérant aux niveaux précédents et s'accompagne de l'émergence de structures et de fonctions de nouveaux types, ainsi que d'une interaction caractérisée par de nouvelles caractéristiques, c'est-à-dire qu'une nouvelle qualité apparaît.

L'organisation des êtres vivants est principalement divisée en niveaux moléculaire, cellulaire, tissulaire, organique, organisme, population, espèce, biocénotique et global (biosphère). A tous ces niveaux se manifestent toutes les propriétés caractéristiques des êtres vivants. Chacun de ces niveaux est caractérisé par des caractéristiques inhérentes aux autres niveaux, mais chaque niveau a ses propres spécificités.

Niveau moléculaire. Ce niveau est profondément ancré dans l'organisation des êtres vivants et est représenté par des molécules d'acides nucléiques, de protéines, de glucides, de lipides et de stéroïdes présentes dans les cellules et, comme nous l'avons déjà noté, appelées molécules biologiques.

Les tailles des molécules biologiques se caractérisent par une diversité assez importante, déterminée par l'espace qu'elles occupent dans la matière vivante. Les plus petites molécules biologiques sont les nucléotides, les acides aminés et les sucres. Au contraire, les molécules de protéines se caractérisent par des tailles nettement plus grandes. Par exemple, le diamètre d'une molécule d'hémoglobine humaine est de 6,5 nm.

Les molécules biologiques sont synthétisées à partir de précurseurs de faible poids moléculaire, que sont le monoxyde de carbone, l'eau et l'azote atmosphérique, qui, au cours du métabolisme, sont convertis par des composés intermédiaires de poids moléculaire croissant (éléments constitutifs) en macromolécules biologiques de grande taille. masse moléculaire(Fig. 42). C'est à ce niveau que commencent et se produisent les processus vitaux les plus importants (codage et transmission des informations héréditaires, respiration, métabolisme et énergie, variabilité, etc.).

La spécificité physico-chimique de ce niveau réside dans le fait que la composition des êtres vivants comprend un grand nombre d'éléments chimiques, mais la composition élémentaire principale des êtres vivants est représentée par le carbone, l'oxygène, l'hydrogène et l'azote. Les molécules sont formées à partir de groupes d'atomes et à partir de ces derniers, des composés chimiques complexes sont formés qui diffèrent par leur structure et leur fonction. La plupart de ces composés dans les cellules sont représentés par des acides nucléiques et des protéines dont les macromolécules sont des polymères synthétisés à la suite de la formation de monomères, et ces derniers sont combinés dans un certain ordre. De plus, les monomères des macromolécules au sein d'un même composé ont les mêmes groupes chimiques et sont reliés par des liaisons chimiques entre les atomes de leurs parties non spécifiques (sections).

Toutes les macromolécules sont universelles, car elles sont construites selon le même plan, quelle que soit leur espèce. Etant universels, ils sont en même temps uniques, car leur structure est inimitable. Par exemple, les nucléotides de l'ADN contiennent une base azotée sur quatre connues (adénine, guanine, cytosine et thymine), de sorte que tout nucléotide ou toute séquence de nucléotides dans les molécules d'ADN est unique dans sa composition, tout comme la structure secondaire. de la molécule d’ADN est également unique. La plupart des protéines contiennent 100 à 500 acides aminés, mais les séquences d'acides aminés dans les molécules protéiques sont uniques, ce qui les rend uniques.

Rassemblement, macromolécules différents types forment des structures supramoléculaires, dont des exemples sont les nucléoprotéines, qui sont des complexes d'acides nucléiques et de protéines, les lipoprotéines (complexes de lipides et de protéines), les ribosomes (complexes d'acides nucléiques et de protéines). Dans ces structures, les complexes sont liés de manière non covalente, mais la liaison non covalente est très spécifique. Les macromolécules biologiques se caractérisent par des transformations continues, assurées par des réactions chimiques catalysées par des enzymes. Dans ces réactions, les enzymes convertissent un substrat en produit de réaction dans un délai extrêmement court, qui peut atteindre quelques millisecondes, voire quelques microsecondes. Par exemple, le temps nécessaire à une hélice d’ADN double brin pour se dérouler avant sa réplication n’est que de quelques microsecondes.

La spécificité des protéines est déterminée par la séquence spécifique d'acides aminés dans leurs molécules. Cette séquence détermine en outre les propriétés biologiques spécifiques des protéines, puisqu'elles sont les principaux éléments structurels des cellules, catalyseurs et régulateurs de divers processus se produisant dans les cellules. Les glucides et les lipides sont les sources d'énergie les plus importantes, tandis que les stéroïdes sous forme d'hormones stéroïdes sont importants pour la régulation d'un certain nombre de processus métaboliques.

La spécificité des macromolécules biologiques est également déterminée par le fait que les processus de biosynthèse s'effectuent à la suite des mêmes étapes métaboliques. En outre, la biosynthèse des acides nucléiques, des acides aminés et des protéines se déroule selon un schéma similaire dans tous les organismes, quelle que soit leur espèce. L'oxydation des acides gras, la glycolyse et d'autres réactions sont également universelles. Par exemple, la glycolyse se produit dans chaque cellule vivante de tous les organismes eucaryotes et est réalisée à la suite de 10 réactions enzymatiques séquentielles, chacune étant catalysée par une enzyme spécifique. Tous les organismes eucaryotes aérobies possèdent des « machines » moléculaires dans leurs mitochondries où se produisent le cycle de Krebs et d'autres réactions de libération d'énergie. De nombreuses mutations se produisent au niveau moléculaire. Ces mutations modifient la séquence des bases azotées dans les molécules d'ADN.

Au niveau moléculaire, l'énergie rayonnante est fixe et cette énergie est convertie en énergie chimique, stockée dans les cellules dans les glucides et autres composés chimiques, et l'énergie chimique des glucides et d'autres molécules en énergie biologiquement disponible, stockée sous forme de liaisons macroénergétiques de ATP. Enfin, à ce niveau, l'énergie des liaisons phosphates de haute énergie est convertie en travail - mécanique, électrique, chimique, osmotique ; les mécanismes de tous les processus métaboliques et énergétiques sont universels.

Les molécules biologiques assurent également la continuité entre le niveau moléculaire et le niveau suivant (cellulaire), puisqu'elles constituent le matériau à partir duquel se forment les structures supramoléculaires. Le niveau moléculaire est « l’arène » des réactions chimiques qui fournissent de l’énergie au niveau cellulaire.

Niveau cellulaire. Ce niveau d'organisation des êtres vivants est représenté par des cellules agissant comme des organismes indépendants (bactéries, protozoaires et autres), ainsi que par des cellules d'organismes multicellulaires. La spécificité la plus importante de ce niveau est que la vie commence avec lui. Capables de vivre, de croître et de se reproduire, les cellules constituent la forme d'organisation de base de la matière vivante, les unités élémentaires à partir desquelles sont construits tous les êtres vivants (procaryotes et eucaryotes). Il n’existe pas de différences fondamentales de structure et de fonction entre les cellules végétales et animales. Certaines différences concernent uniquement la structure de leurs membranes et de leurs organites individuels. Il existe des différences structurelles notables entre les cellules procaryotes et les cellules des organismes eucaryotes, mais en termes fonctionnels, ces différences sont nivelées, car la règle « cellule à cellule » s'applique partout. Les structures supramoléculaires forment à ce niveau des systèmes membranaires et des organites de cellules (noyaux, mitochondries, etc.).

Les structures membranaires sont « l'arène » pour les processus vitaux les plus importants, et la structure à deux couches du système membranaire augmente considérablement la surface de « l'arène ». De plus, les structures membranaires assurent la séparation des cellules de l'environnement, ainsi que la séparation spatiale de nombreuses molécules biologiques dans les cellules. La membrane cellulaire possède une perméabilité hautement sélective. Leur état physique permet donc le mouvement diffus constant de certaines des molécules protéiques et phospholipidiques qu’ils contiennent. En plus des membranes à usage général, les cellules possèdent des membranes internes qui limitent les organites cellulaires.

En régulant les échanges entre la cellule et l’environnement, les membranes possèdent des récepteurs qui perçoivent les stimuli externes. En particulier, des exemples de perception de stimuli externes sont la perception de la lumière, le mouvement des bactéries vers une source de nourriture et la réponse des cellules cibles à des hormones telles que l'insuline. Certaines membranes génèrent elles-mêmes simultanément des signaux (chimiques et électriques). "Une caractéristique remarquable des membranes est que la conversion d'énergie se produit sur elles. En particulier, la photosynthèse se produit sur les membranes internes des chloroplastes, tandis que la phosphorylation oxydative se produit sur les membranes internes des mitochondries. .

Les composants membranaires sont en mouvement. Construites principalement à partir de protéines et de lipides, les membranes sont caractérisées par divers réarrangements qui déterminent l'irritabilité des cellules - la propriété la plus importante des êtres vivants.

Niveau des tissus représenté par des tissus qui unissent des cellules d'une certaine structure, taille, emplacement et fonctions similaires. Les tissus sont apparus au cours du développement historique parallèlement à la multicellularité. Dans les organismes multicellulaires, ils se forment au cours de l’ontogenèse en conséquence de la différenciation cellulaire. Chez les animaux, il existe plusieurs types de tissus (épithéliaux, conjonctifs, musculaires, nerveux, ainsi que sanguins et lymphatiques). Chez les plantes, il existe des tissus méristématiques, protecteurs, basiques et conducteurs. A ce niveau, la spécialisation cellulaire se produit.

Niveau d'orgue. Représenté par les organes des organismes. Chez les protozoaires, la digestion, la respiration, la circulation des substances, l'excrétion, le mouvement et la reproduction s'effectuent aux dépens de divers organites. Les organismes plus avancés possèdent des systèmes organiques. Chez les plantes et les animaux, les organes sont formés à partir de différentes quantités de tissus. Les vertébrés se caractérisent par une céphalisation, qui est protégée par la concentration des centres et organes sensoriels les plus importants dans la tête.

Niveau organisationnel. Ce niveau est représenté par les organismes eux-mêmes - organismes unicellulaires et multicellulaires de nature végétale et animale. Une caractéristique spécifique du niveau de l'organisme est qu'à ce niveau se produisent le décodage et la mise en œuvre de l'information génétique, la création de caractéristiques structurelles et fonctionnelles inhérentes aux organismes d'une espèce donnée. Les organismes sont uniques par nature car leur matériel génétique est unique et détermine leur développement, leurs fonctions et leurs relations avec l’environnement.

Niveau de population. Les plantes et les animaux n’existent pas isolément ; ils sont regroupés en populations. En créant un système supra-organisme, les populations sont caractérisées par un certain pool génétique et un certain habitat. Les transformations évolutives élémentaires commencent dans les populations et une forme adaptative se développe.

Niveau d'espèce. Ce niveau est déterminé par les espèces de plantes, d'animaux et de micro-organismes qui existent dans la nature en tant qu'unités vivantes. La composition de la population en espèces est extrêmement diversifiée. Une espèce peut contenir de un à plusieurs milliers de populations, dont les représentants se caractérisent par des habitats très différents et occupent des niches écologiques différentes. Les espèces sont le résultat de l'évolution et se caractérisent par un renouvellement. Les espèces qui existent aujourd’hui ne sont pas semblables à celles qui existaient dans le passé. L'espèce est aussi une unité de classification des êtres vivants.

Niveau biocénotique. Il est représenté par des biocénoses - des communautés d'organismes de différentes espèces. Dans de telles communautés, les organismes de différentes espèces dépendent les uns des autres à un degré ou à un autre. Au cours du développement historique, des biogéocénoses (écosystèmes) sont apparues, qui sont des systèmes constitués de communautés interdépendantes d'organismes et de facteurs environnementaux abiotiques. Les écosystèmes sont caractérisés par un équilibre dynamique (mobile) entre les organismes et les facteurs abiotiques. A ce niveau se déroulent les cycles matériels et énergétiques associés à l'activité vitale des organismes.

Niveau de la biosphère (mondial). Ce niveau est la forme la plus élevée d'organisation des êtres vivants (systèmes vivants). Elle est représentée par la biosphère. À ce niveau, tous les cycles matériels et énergétiques sont réunis en une seule circulation géante de biosphère de substances et d’énergie.

Il existe une unité dialectique entre les différents niveaux d'organisation du vivant ; le vivant s'organise selon le type d'organisation systémique dont la base est la hiérarchie des systèmes. Le passage d'un niveau à un autre est associé à la préservation des mécanismes fonctionnels opérant aux niveaux précédents et s'accompagne de l'émergence de structures et de fonctions de nouveaux types, ainsi que d'interactions caractérisées par de nouvelles caractéristiques, c'est-à-dire qu'elle est associée au l'émergence d'une nouvelle qualité.

Questions à débattre

1. Quelle est l'approche méthodologique universelle pour comprendre l'essence de la vie ? Quand est-il apparu et en rapport avec quoi ?

2. Est-il possible de déterminer l’essence de la vie ? Si oui, quelle est cette définition et quelles sont ses justification scientifique?

3. Est-il possible de poser la question du substrat de la vie ?

4. Nommez les propriétés des êtres vivants. Indiquez lesquelles de ces propriétés sont caractéristiques des êtres non vivants et lesquelles uniquement des êtres vivants.

5. Quelle est l'importance pour la biologie de diviser les êtres vivants en niveaux d'organisation ? Une telle division a-t-elle importance pratique?

6. Quelles caractéristiques communes caractérisent les différents niveaux d'organisation des êtres vivants ?

7. Pourquoi les nucléoprotéines sont-elles considérées comme le substrat de la vie et dans quelles conditions remplissent-elles ce rôle ?

Littérature

Vernaya D. L'émergence de la vie M. : Mir. 1969. 391 p.

Oparin A.V. Matière, vie, intelligence. M. : Sciences. 1977. 204 pages

Pekhov A.P. Biologie et progrès scientifique et technique. M. : Connaissance. 1984. 64 p.

Karcher S.J. Biologie moléculaire. Acad. Presse. 1995. 273 pages.

Murphy M. P., O'Neill L. A. (éd.), What is Life? The Next Fifty Years, Cambridge University Press, 1995, 203 p.

Niveaux d'organisation de la nature vivante

Il y a 8 niveaux.

Chaque niveau d'organisation est caractérisé par une certaine structure (chimique, cellulaire ou organique) et des propriétés correspondantes.

Chaque niveau suivant contient nécessairement tous les précédents.

Examinons chaque niveau en détail.

8 niveaux d'organisation de la faune

1. Niveau moléculaire d'organisation de la nature vivante

: bio et substances inorganiques,
(métabolisme) : processus de dissimilation et d'assimilation,
absorption et libération d’énergie.

Le niveau moléculaire affecte tous les processus biochimiques qui se produisent à l'intérieur de tout organisme vivant, du simple au multicellulaire.

Ce niveau Il est difficile de l’appeler « vivant ». Il s'agit plutôt d'un niveau « biochimique » - c'est donc la base de tous les autres niveaux d'organisation de la nature vivante.

C'est donc lui qui a constitué la base du classement aux royaumes - lequel nutritif est le principal dans l'organisme : chez les animaux - la chitine, chez les champignons - la chitine, chez les plantes c'est -.

Sciences qui étudient les organismes vivants à ce niveau :

2. Niveau cellulaire d'organisation de la nature vivante

Comprend le précédent - niveau moléculaire d'organisation.

A ce niveau le terme « » apparaît déjà comme "le plus petit système biologique indivisible"

Métabolisme des substances et énergie d'une cellule donnée (différent selon le règne auquel appartient l'organisme) ;
Organites cellulaires ;
Cycles de vie - origine, croissance et développement et division cellulaire

Sciences étudiant niveau d'organisation cellulaire:

La génétique et l'embryologie étudient ce niveau, mais ce n'est pas l'objet principal d'étude.

3. Niveau d’organisation tissulaire :

Comprend 2 niveaux précédents - moléculaire Et cellulaire.

Ce niveau peut être appelé " multicellulaire" - après tout, le tissu est collection de cellules avec une structure similaire et remplissant les mêmes fonctions.

Sciences - Histologie

4. Orgue(accent sur la première syllabe) niveau d'organisation de la vie

Dans les organismes unicellulaires, les organes sont organites - Il existe des organites communs - caractéristiques de toutes les cellules procaryotes, et d'autres qui sont différents.
Dans les organismes multicellulaires, les cellules structure générale et les fonctions sont combinées en tissus, et ceux-ci, en conséquence, en organes, qui, à leur tour, sont intégrés dans des systèmes et doivent interagir harmonieusement les uns avec les autres.

Niveaux d'organisation des tissus et des organes - étudier les sciences :

5. Niveau organisationnel

Comprend tous les niveaux précédents : moléculaire, cellulaire,niveaux de tissus et d'organes.

À ce niveau, la Nature Vivante est divisée en règnes : animaux, plantes et champignons.

Caractéristiques de ce niveau :

Métabolisme (à la fois au niveau corporel et au niveau cellulaire également)
Structure (morphologie) de l'organisme
Nutrition (métabolisme et énergie)
Homéostasie
la reproduction
Interaction entre organismes (compétition, symbiose, etc.)
Interaction avec l'environnement

Science:

6. Niveau d’organisation de la vie population-espèce

Comprend moléculaire, cellulaire,niveaux de tissus, d’organes et d’organismes.

Si plusieurs organismes sont morphologiquement similaires (c’est-à-dire qu’ils ont la même structure) et ont le même génotype, alors ils forment une seule espèce ou population.

Principaux processus à ce niveau :

Interaction des organismes entre eux (compétition ou reproduction)
microévolution (changements dans l'organisme sous l'influence de conditions extérieures)