1.4. Уровни организации жизни на Земле

Биосфера Земли является сложноорганизованной структурой, состоящей из большого количества элементов.

Входящие в состав биосферы биологические системы сильно различаются по своему масштабу, образуя различные уровни организации жизни на Земле.

Экология изучает структуры высшего уровня: от систем организмов до биогеоценозов (экосистем на определенном участке), образующих биосферу. Любая система высшего уровня слагается из определенного количества подсистем низших уровней, тесно взаимодействующих между собой и дополняющих характеристики друг друга. В результате этого при переходе от системы более низкого уровня к системе высокого уровня возникает хотя бы одно новое свойство. Это является основой принципа эмерджентности (от англ. Emergent -неожиданно появляющийся). Согласно этому принципу свойства систем низких уровней. При каждом объединении сложных компонентов в новую систему возникают новые (так называемые "эмердментные") свойства, дополняющие сумму свойств всех компонентов. Ниже рассмотрены различные уровни организации живой природы, изучаемые экологией.

1.5. Организм и среда обитания

Организменный - это первый уровень организации жизни, изучаемый экологией. Отдельный живой организм входит в системы более высокого уровня (популяции, биоценозы, биотические сообщества) как подсистема низшего уровня.

Большинство организмов имеет клеточное строение, то есть представляют собой систему живых клеток (хотя на Земле существуют и внеклеточные формы жизни - вирусы). Простейшие организмы состоят всего из одной клетки (одноклеточные), более сложные - из миллиардов различных клеток.

Таким образом, организм является сложной системой, включающей в себя подсистемы более низкого уровня.

На уровне отдельного организма осуществляется обмен веществом и энергией с окружающей средой, поэтому каждый живой организм является самостоятельной системой, находящейся в тесном взаимодействии с окружающей средой. Обмен веществом и энергией на организменном уровне осуществляется при помощи согласованного действия различных систем органов. Любой организм способен самостоятельно поддерживать равновесие с окружающей средой, а также адаптироваться к изменяющимся условиям среды.

Все физиологические процессы, осуществляющиеся на уровне организма можно разделить на две группы:

Первая группа - процессы, направленные на обеспечение жизнедеятельности организма и поддерживание равновесие с окружающей средой. К этой группе относятся такие процессы как пищеварение, дыхание, фотосинтез, клеточный метаболизм (обмен веществ). Большинство биохимических процессов первой группы катализируются (ускоряются) особыми белковыми веществами - ферментами. Причем каждый процесс контролируется особым ферментом. Кроме ферментов важную роль в биохимических процессах на уровне организма играют витамины - вещества, необходимые для нормального обмена веществ, и гормоны - особые химические вещества, осуществляющие общую координацию основных физиологических функций в сложных или изменяющихся условиях среды. В процессе адаптации изменяются определенные функции или составные части организма, что ведет к изменению всего организма в целом.

Различают поведенческие и физиологические адаптации.

Поведенческие адаптации - это изменение поведенческих характеристик организма; к этому типу относятся такие способы адаптаций, как перелеты птиц, зимние спячки у многих животных и т. д.

Физиологические адаптации сопровождаются изменением строения внутренних органов организма.

Морфологические адаптации - это приспособление организма к среде при помощи изменения строения тела.

Процессы, происходящие в организме, контролируются генами - веществами, ответственными за передачу наследственной информации. В процессе адаптации может происходить изменение генов, при этом приобретенные новые свойства передаются следующим поколениям. Совокупность генов данного вида организмов образует генофонд. Способность организмов адаптироваться к неблагоприятным воздействиям среды называется экологической валентностью или пластичностью. Нарушение в генах приводит к изменению генофонда. При этом нарушается нормальная передача генетической информации - происходит мутация организма. В настоящее время частыми причинами мутаций являются загрязнение окружающей среды, воздействие коротковолнового излучения и др. Очень часто мутация приводит к изменению биохимических реакций в организме и к нарушению нормального обмена веществ.

Наследственная информация, заложенная в генах, определяет путь развития организма. Индивидуальное развитие организма от его зарождения до смерти носит название онтогенез. Этот термин введен в 1866 г. Э.Геккелем для обозначения жизненного цикла организма. Этот же ученый сформулировал следующий биогенетический закон: онтогенез всякого организма представляет собой краткое повторение эволюции данного вида. Таким образом, существует взаимосвязь между развитием одного организма и развитием (эволюции) всей живой природы Земли. Продолжительность онтогенеза сильно различается у разных видов живых организмов.

Онтогенез растений больше зависит от условий среды, чем онтогенез животных.