Организм как биологическая система

Разнообразие организмов

Одноклеточные и многоклеточные организмы

В зависимости от количества клеток, входящих в состав организма, и степени их взаимодействия выделяют одноклеточные, колониальные и многоклеточные организмы. Клетки одноклеточных организмов выполняют функции целостного организма. Деление клетки у одноклеточных влечет за собой увеличение количества особей, а в их жизненном цикле отсутствуют многоклеточные стадии. Одноклеточными являются подавляющее большинство бактерий, часть животных, растений и грибов.

Колониальными называют организмы, у которых в процессе бесполого размножения дочерние особи остаются соединенными с материнским организмом, образуя колонию. Например, водоросли вольвокс. Колониальные организмы, по-видимому, были промежуточным звеном в процессе возникновения многоклеточных.

Многоклеточные организмы состоят из множества клеток. Клетки многоклеточных организмов специализируются на выполнении различных функций, но теряют способность к самостоятельному существованию. Эти организмы имеют более совершенные системы регуляции, чем одноклеточные, и более устойчивы к воздействию условий окружающей среды. Деление отдельной клетки приводит к росту многоклеточного организма, но не к его размножению. Многоклеточными является большинство растений, животных и грибов, а также немногие бактерии.

Автотрофы и гетеротрофы

По способу питания организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов. Автотрофы способны самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических, а гетеротрофы используют исключительно готовые органические вещества.

Часть автотрофов могут использовать энергию света (осуществляют фотосинтез) - это фотоавтотрофы. К ним относятся растения и часть бактерий. Автотрофы, извлекающие энергию путем окисления неорганических соединений в процессе хемосинтеза, являются хемоавтотрофами. К хемосинтетикам относятся только прокариотические организмы.

К гетеротрофам относятся животные, грибы, бактерии и лишенные хлорофилла растения. Среди гетеротрофов имеются паразиты, сапротрофы, симбионты, хищники и т.д.

Аэробы и анаэробы

По особенностям энергетического обмена организмы могут быть поделены на аэробов и анаэробов.

Аэробы способны жить и развиваться только при наличии в среде молекулярного кислорода, который они используют в качестве конечного акцептора электронов в процессе кислородного дыхания. К аэробам относится подавляющее большинство животных и грибов, все растения, а также значительная часть прокариот.

Анаэробы не используют кислород для осуществления процессов диссимиляции. Анаэробами являются некоторые животные (в основном внутренние паразиты), а также ряд бактерий. У животных-анаэробов функционирует главным образом гликолиз, а у бактерий брожение, анаэробное (например, серное) дыхание и бескислородный фотосинтез. Наличие кислорода в среде не мешает развитию многих анаэробов.

Анаэробные организмы возникли раньше аэробных, так как в первичной атмосфере планеты не было кислорода. Его накопление связано с возникновением фотосинтеза, в связи с чем ряд организмов перешел к кислородному дыханию.

 

Воспроизведение организмов, его значение

Способность организмов воспроизводить себе подобных является одним из фундаментальных свойств живого. Несмотря на то, что жизнь в целом непрерывна, продолжительность жизни отдельно взятой особи конечна, поэтому передача наследственной информации от одного поколения следующему при воспроизведении обеспечивает выживание данного вида организмов на протяжении длительных периодов времени. Таким образом, размножение обеспечивает непрерывность и преемственность жизни.

 

Способы размножения, сходство и отличие полового и бесполого размножения

В природе различают два основных способа размножения - бесполое и половое.

Бесполое размножение - это способ размножения, при котором не происходит ни образования, ни слияния специализированных половых клеток - гамет. В основе бесполого размножения лежит митотическое деление клетки.

В зависимости от того, сколько клеток материнского организма дает начало новой особи, бесполое размножение подразделяют на собственно бесполое и вегетативное. При собственно бесполом размножении дочерняя особь развивается из единственной клетки материнского организма, а при вегетативном - из группы клеток или целого органа.

Формы собственно бесполого размножения:

 - деление надвое (амеба протей, инфузория-туфелька)

 - множественное деление, или шизогония (малярийный плазмодий)

 - спорообразование (многие растения и грибы)

 - почкование (дрожжи)

Формы вегетативного размножения:

 - почкование (кишечнополостные, кольчатые черви)

 - фрагментация (кишечнополостные, кольчатые черви)

 - полиэмбриония (цитрусовые)

 - вегетативное размножение растений.

Бесполое размножение быстрое, дает много потомков, вещество и энергия при этом расходуются очень эффективно. Однако, все потомки являются копиями материнской особи, наследственная изменчивость отсутствует, и это снижает жизнеспособность особей при изменении условий окружающей среды.

Половое размножение - способ размножения, при котором происходит образование и слияние половых клеток, или гамет, в одну клетку - зиготу, из которой развивается новый организм.

Для полового размножения необходимо предварительное уменьшение количества хромосом, которое обеспечивается процессом мейотического деления клетки при образовании половых клеток. Количество хромосом восстанавливается при оплодотворении.

Особой формой полового размножения является партеногенез. При партеногенезе, или девственном развитии, новый организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки, как, например, у дафний, медоносных пчел и некоторых скальных ящериц. Иногда этот процесс стимулируется внедрением сперматозоидов организмов другого вида. 

Животные организмы, у которых мужские и женские половые клетки вырабатываются разными особями, называются раздельнополыми, а способные вырабатывать оба типа гамет - гермафродитами.

Растения, у которых мужские и женские цветки или другие разноименные половые органы располагаются на разных особях, называются двудомными, а имеющие одновременно оба вида цветков - однодомными.

Половое размножение обеспечивает возникновение генетического разнообразия потомков, основу которого составляют мейоз и рекомбинация родительских генов при оплодотворении. Наиболее удачные комбинации генов обеспечивают лучшее приспособление потомков к среде обитания, их выживание и большую вероятность передачи своей наследственной информации следующим поколениям. Этот процесс приводит к изменению признаков и свойств организмов и, в конечном итоге, к образованию новых видов в процессе эволюционного естественного отбора. Однако, половое размножение является медленным, неэффективным с точки зрения затрат вещества и энергии, дает мало потомков.

Бесполое и половое размножение широко используются человеком сельском хозяйстве, животноводстве, растениеводстве и других областях для выведения новых сортов растений и пород животных, сохранения хозяйственно ценных признаков, а также быстрого увеличения числа особей.

Оплодотворение у цветковых растений и позвоночных животных

Оплодотворение - это процесс слияния мужских и женских половых клеток с образованием зиготы.Оно позволяет восстановить диплоидный набор хромосом, уменьшенный в процессе формирования половых клеток.

Чаще всего в природе встречается оплодотворение мужскими половыми клетками другого организма, однако, в целом, в ряде случаем, возможно также и проникновение собственных сперматозоидов - самооплодотворение.

У цветковых растений оплодотворению предшествует опыление - перенос пыльцы, содержащей мужские половые клетки - спермии - на рыльце пестика. Там она прорастает, образуя из вегетативной клетки пыльцевую трубку с передвигающимися по ней двумя спермиями. Достигнув зародышевого мешка, один спермий сливается с яйцеклеткой с образованием зиготы, а другой - с центральной клеткой (2n), давая начало вторичному эндосперму. Такой способ оплодотворения получил название двойного оплодотворения.

У животных, в частности позвоночных, оплодотворению предшествует сближение гамет, или осеменение. Успеху осеменения способствует синхронизация выведения мужских и женских половых клеток, а также выделение яйцеклетками специфических химических веществ с целью облегчения ориентации сперматозоидов в пространстве.

Внешнее и внутреннее оплодотворение

У животных различают внешнее и внутреннее оплодотворение. При внешнем оплодотворении женские и мужские половые клетки выводятся наружу, где и происходит процесс их слияния, как, например, у кольчатых червей, двустворчатых моллюсков, бесчерепных, большинства рыб и многих земноводных.

Внутреннее оплодотворение связано с введением мужских половых продуктов в половые пути самки, и наружу выводится уже оплодотворенная яйцеклетка. Внутреннее оплодотворение характерно для подавляющего большинства наземных животных, например, для плоских и круглых червей, многих членистоногих и брюхоногих моллюсков, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих, а также для ряда земноводных. Оно встречается и у некоторых водных животных, в том числе у головоногих моллюсков и хрящевых рыб.

Существует и промежуточный тип оплодотворения - наружно-внутренний, при котором самка захватывает половые продукты, специально оставленные самцом на каком-либо субстрате, как это происходит у некоторых членистоногих и хвостатых земноводных.

 

Онтогенез и присущие ему закономерности

 Онтогенез - это процесс индивидуального развития организма от зарождения до смерти.

Организм зарождается с момента возникновения зиготы в результате оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом. В процессе онтогенеза происходят рост, дифференцировка и интеграция частей развивающегося организма. Дифференцировкой называют процесс возникновения различий между однородными тканями и органами, их изменения в ходе развития особе, приводящие к формированию специализированных тканей и органов.

Закономерности онтогенеза являются предметом изучения эмбриологии.

Онтогенез определяется генетическими программами, закрепившимися в процессе эволюции, то есть он является кратким повторением исторического развития вида (филогенеза).

Все изменения в организме вследствие переключения отдельных групп генов в ходе индивидуального развития происходят постепенно и не нарушают его целостности, однако, события каждой предыдущей стадии оказывают значительное влияние на протекание последующих стадий развития.

Эмбриональное и постэмбриональное развитие организмов

В онтогенезе животных выделяют эмбриональный и постэмбриональный периоды.

Эмбриональный период начинается с образования зиготы в процессе оплодотворения и заканчивается рождением организма или выходом его из зародышевых (яйцевых) оболочек.

Постэмбриональный период продолжается от рождения до смерти организма.

Иногда выделяют и проэмбриональный период, или прогенез, к которому относят гаметогенез и оплодотворение.

Эмбриональное развитие, или эмбриогенез, у животных и человека делят на ряд стадий: дробление, гаструляция, гистогенез или органогенез, а также период дифференцированного зародыша.

Дробление - это процесс митотического деления зиготы на более мелкие клетки - бластомеры. В результате дробления образуется сначала морула, а затем бластула. Морула - плотное скопление бластомеров. Бластула - однослойный многоклеточный зародыш, представляющий собой полый шарик, стенки которого образованы клетками - бластомерами, а полость внутри заполнена жидкостью и называется бластоцелем.

Гаструляцией называют процесс образования двух- или трехслойного зародыша - гаструлы, который происходит сразу после образования бластулы. Гаструляция осуществляется путем движения клеток и их групп относительно друг друга, например, впячиванием одной из стенок бластулы. Помимо двух или трех слоев клеток гаструла имеет также первичный рот - бластопор.

Слои клеток гаструлы называются зародышевыми листками. Различают три зародышевых листка: эктодерму (наружный слой), мезодерму (промежуточный слой) и энтодерму (внутренний слой).

Гистогенезом называют процесс формирования зрелых тканей, присущих взрослому организму, а органогенезом - процесс формирования органов.

В процессе гисто- и органогенеза из эктодермы формируются эпидермис кожи и его производные (волосы, ногти, когти, перья), эпителий ротовой полости и эмаль зубов, прямая кишка, центральная нервная система, органы чувств, жабры и т.д. Производными энтодермы являются кишечник и связанные с ним железы (печень и поджелудочная), а также легкие. А мезодерма дает начало всем видам соединительной ткани, в том числе костной и хрящевой тканям скелета, мышечной ткани скелетных мышц, кровеносной системе, многим эндокринным железам и т.д.

Закладка комплекса осевых органов хордовых животных (нервной трубки на спинной стороне зародыша, хорды и кишечной трубки) приводит к формированию нейрулы.

После протекания органогенеза наступает период дифференцированного зародыша, который характеризуется продолжением специализации клеток организма и быстрым ростом.

У многих животных в процессе эмбрионального развития возникают зародышевые оболочки и другие временные органы, которые обеспечивают развитие эмбриона и плода до рождения, например, плацента, пуповина и др.

Постэмбриональное развитие животных делят на дорепродуктивный (ювенильный), репродуктивный и пострепродуктивный периоды.

Ювенильный период продолжается от рождения до полового созревания, он характеризуется интенсивным ростом и развитием организма. По характеру развития различают прямое и непрямое развитие. При прямом развитии появляющийся на свет организм уже похож на взрослую особь, и процесс развития заключается в увеличении линейных размеров особи и формировании половых органов, как у человека. При непрямом развитии особь непохожа на взрослую, и в процессе развития происходит существенная перестройка её организма, как у амфибий. Наличие в жизненном цикле личинок, непохожих на взрослую особь, позволяет снижать внутривидовую конкуренцию за счет разделения источников питания, способствует расселению малоподвижных или неподвижных организмов.

Рост организма бывает двух типов: ограниченный, или закрытый рост происходит только в определенные периоды жизни, в основном до полового созревания (характерен для животных), а неограниченный, или открытый, рост продолжается в течение всей жизни особи, как у растений. Также существует периодический и непериодический рост.

Жизненные циклы и чередование поколений

Жизненный цикл - совокупность стадий развития, начиная от зиготы, пройдя которые, организм достигает зрелости и приобретает способность к размножению.

В жизненном цикле происходит чередование стадий развития с гаплоидным и диплоидным набором хромосом, при этом у хвощей, папоротников, семенных растений и многоклеточных животных преобладает диплоидный набор (спорофит), а у одноклеточных животных, некоторых грибов и водорослей может встречаться гаплоидный набор.

Жизненные циклы могут быть простыми и сложными. В сложном жизненном цикле половое размножение чередуется с партеногенетическим и бесполым. Например, рачки дафнии в течение лета дают бесполые поколения, а осенью размножаются половым способом. У ряда организмов чередование полового и бесполого поколений происходит регулярно, и такой жизненный цикл называется правильным. Он характерен, например, для высших растений и ряда медуз.

Причины нарушения развития организмов

Изменение внешних условий может ускорить или затормозить развитие эмбриона и даже вызвать возникновение различных нарушений. Факторы, вызывающие отклонения в развитии зародыша человека, называются тератогенными, или тератогенами. Тератогенные факторы делят на физические, химические и биологические.

К физическим тератогенам относится, прежде всего, ионизирующая радиация, провоцирующая многочисленные пороки развития плода, которые могут быть несовместимыми с жизнью. Химическими тератогенами являются тяжелые металлы, фенолы, ряд лекарственных препаратов, алкоголь, наркотики и никотин. В качестве биологических тератогенов рассматривают многие вирусы, бактерии, грибы и простейших животных.

 

 

 

 

 

 

 

ЕГЭ. Биология: пошаговая подготовка / Ю.А. Садовниченко. - Москва: Эксмо, 2018. - 368 с.