Помощь в изучении биологии. ЗАНЯТИЕ 25. СТРОЕНИЕ и ФУНКЦИИ ОРГАНИЗМА.

Примерное время на чтение статьи: 15 минуты

ОРГАНИЗМ КАК БИОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Организм — открытая биологическая система, которая благодаря системам регуляции и приспособительным механизмам может сохранять свою целостность и упорядоченность и относительно самостоятельно существовать в определенной среде жизни. Организменный уровень организации живой природы является самым разнообразным, поскольку условия существования Земли были и очень разными. Например, современных эубактериальных организмов насчитывают около 4500 видов, грибов — 100000 видов, растений — 500000 видов, животных — около 2 млн видов.

Организм (от лат. organize — устраиваю, придаю стройный вид) — биологическая система, состоящая из взаимосвязанных частей, работающих как целое. Он выступает основным носителем жизни, реально существующей в природе ее единицей. Организму присущи питание и пищеварение, дыхание, обмен веществ, выделение, раздражимость, координация, рост, размножение, наследственность и изменчивость, а также приспособление к условиям окружающей среды.

Организм как единое целое. Организм отличается от слагающих его частей не просто организацией и наличием структуры, т.е. связи, но и качественно новыми свойствами. Существуя в постоянно изменяющихся условиях окружающей среды, организм вынужден направлять работу образующих его частей на удовлетворение целого ряда жизненно важных потребностей, например, получения воды, кислорода, питательных веществ и др. Следовательно, целостность организма обеспечивается согласованной работой образующих его частей, направленной на выполнение общих для организма жизненных функций.

ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ.

Организмы, обитающие на Земле, многообразны по строению: одноклеточные, многоклеточные, колониальные. Помимо организмов, имеющих клеточное строение, существуют и неклеточ-ные формы жизни — вирусы, проявляющие одновременно свойства живой и неживой природы.

Самые простые формы организмов — одноклеточные. Одноклеточные организмы — это организмы, которые состоят только из одной клетки, в которой осуществляются все необходимые жизненные функции, присущие многоклеточным организмам. Эти организмы встречаются среди прокариот (бактерии, цианобактерии, архебактерии) и среди основных царств эукариот. Есть одноклеточные животные (например, амеба-протей, эвглена зеленая, инфузория-туфелька), одноклеточные растения (например, зеленые водоросли хламидомонада и хлорелла, диатомовые водоросли), одноклеточные грибы (мукор, дрожжи). Одноклеточные организмы, как правило, имеют малые размеры, то есть являются микроорганизмами. Однако некоторые одноклеточные животные видимые невооруженным глазом, а некоторые многоклеточные организмы микроскопические. Одноклеточными были первые организмы на Земле. Клетки одноклеточных организмов сочетают свойства и клетки, и самостоятельного организма. Поэтому они имеют большие размеры, чем клетки многоклеточных организмов.Структурные части одноклеточного организма называются органеллы (от лат. organella — уменьшительное от органа, т.е. маленькие органы). Так, у амебы обыкновенной органеллы движения — ложноножки — участвуют в передвижении и захвате пищи; пищеварительные вакуоли — органеллы пищеварения — осуществляют переваривание пищи; сократительная вакуоль — органелла выделения — выводит из клетки ненужные конечные продукты обмена веществ, избыток воды и др.

Колониальные организмы — это организмы, состоящие из многих клеток одного или нескольких типов, функционирующих независимо друг от друга. К колониальным организмам относятся колониальные жгутиковые (например, вольвокс, евдорина), колониальные инфузории (зоотамнии), колониальные кишечнополостные (сифонофора, коралловые полипы ) и др. Существуют колониальные организмы, в которых особи дочерних поколений вследствие бесполого размножения остаются соединенными с материнским организмом, образуя более или менее сложное сочетание — колонию. В растительных жгутиковых (евдорина, гониум) клетки колонии сочетаются между собой киселем. А в колонии вольвокса отдельные клетки не полностью изолированы друг от друга, а связаны между собой тонкими цитоплазматическими мостиками. В других, более сложно организованных колониях отдельные особи могут занимать определенное место и выполнять специальные функции, важные для всей колонии. Например, в сифонофоре каждая колония состоит из видоизмененных полипов и медуз, которые морфологически и функцио-нально специализированны. Взаимная интеграция и специализация, при этом, достигает такой глубины, что колония приобретает черты единого организма. Типичным примером колонии, состоящей из одинаковых клеток, служит водоросль вольвокс. Жгутики клеток обеспечивают передвижение колонии, хроматофоры клеток — питание при помощи фотосинтеза, репродук-тивные клетки отвечают за размножение. Нити цитоплазмы соединяют клетки вольвокса между собой в единое целое — колониальный организм.

Многоклеточные организмы — это организмы, состоящие из совокупности клеток, группы которых специализируются на выполнении определенных функций, создавая качественно новые структуры: ткани, органы, системы органов. В большинстве случаев благодаря такой специализации отдельные клетки не могут существовать вне организма. Многоклеточными организ-мами являются большинство растений, грибов и животных. Поскольку в осуществлении определенной жизненной функции участвуют клетки, ткани, органы, системы органов, то эта функция у многоклеточных будет иметь более сложный и совершенный характер. Специализация составных частей многоклеточного организма на выполнении определенной функции делает их зависимыми от других частей, поэтому вместе с дифференциацией идут процессы интеграции, благодаря которым между частями формируются внутренние связи (физиологические, генети-ческие, нервные, гуморальные и др.), Обусловливающих подчинения их организма как целостной системе. Многоклеточные организмы объединяют молекулярный, клеточный, тканевый, органный и системный уровни.

У многоклеточных животных организмов отдельные части тела специализированы по выполняемым функциям. Например, покровная система органов позвоночных животных, состоящая из кожи и ее производных, обеспечивает защиту организма от высыхания, резких колебаний температуры и от проникновения во внутреннюю среду вредных микроорганизмов. Пищеваритель-ная система, представленная пищеварительным каналом и пищеварительными железами осуществляет механическую, химическую обработку пищи и всасывание питательных веществ.

У высших растений корневое питание, т.е. поглощение из почвы воды с минеральными веществами осуществляется клетками кожицы корня с корневыми волосками, а фотосинтез — клетками ассимиляционной ткани, содержащей хлоропласты и расположенной главным образом в листьях растения.

ТКАНИ РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ.

Ткань — это совокупность клеток, соединённых между собой межклеточным веществом, сходных по строению, происхождению и выполняемым функциям. В состав тканей так же входят тканевая жидкость и продукты жизнедеятельности клеток.Образуются ткани в многоклеточных организмов вследствие дифференциации клеток.  Дифференциация клеток — процесс возникновения различий в строении и функциях клеток во время их развития. Главными факторами дифференциации клеток являются: а) различия цитоплазмы ранних эмбриональных клеток, которые обусловлены неоднородностью цитоплазмы яйцеклетки; б) индуцированные влияния соседних клеток; в) влияние гормонов; г) влияние факторов окружающей среды и др. Осуществляется этот важный процесс в основном в процессе зародышевого развития и в некоторых органах взрослого организма (например, в кроветворных органах, гонадах). Дифференциация клеток имеет необратимый характер.

Существуют 4 типа тканей животных: эпителиальные, мышечные, соединительные (рыхлые, дерма, кровь, хрящевые ткани, кости) и ткани нервной системы и 5 типов тканей растений: образовательные (меристемы), покровные, проводящие, механические и основные (паренхима).

Молекулярно-генетической основой дифференциации клеток является активность специфических для каждой ткани генов. Ткани формируются многоклеточных животных и высших растений, у низших растений и грибов тканей нет.

признаки	ткани растений	ткани животных
межклеточное вещество	Нет	есть
С чего образуются?	От образующей ткани	От зародышевых листков
Основные типы	Образующие, покровные, проводящие, механические, основные.	Эпителиальные, соединительные, мышечные, нервная.

ТКАНИ ЖИВОТНЫХ.

ТКАНИ РАСТЕНИЙ.

Организм большинства высших растений состоит из пяти типов тканей: образовательных, покровных, проводящих, основных и механических (рис. 80). Среди типов тканей имеются отдельные их виды, отличающиеся друг от друга местом положения в организме, строением образующих их клеток и выполняемыми функциями.

ОРГАНИЗМ КАК ЕДИНОЕ ЦЕЛОЕ.

Органы — часть животного или растительного организма, выполняющая одну или несколько функций. Органы состоят из тканей различных типов, но, как правило, преобладает один из них (например, в сердце преобладает поперечнополосатая сердечная ткань). Эти структуры многоклеточных организмов характеризуются расположением, особенностями строения, выполняе-мыми функциями. Органы, выполняя совместные функции, образуют систему органов. В рамках систем органы могут последовательно соединяться друг с другом (например, органы пище-варительного тракта) или быть «разбросанными» в организме (например, органы эндокринной системы). Все органы организма взаимосвязаны и взаимодействуют — коррелируют. Корреляция является мерой зависимости двух или более случайных величин. При этом изменение одной или нескольких этих величин приводит к систематической изменения другой или других величин. В процессе эволюции органы, в связи с выполнением дополнительных функций, могут видоизменяться (например, видоизменениями побега является усики, усы, колючки, клубни, луковицы, корневища и т.д.).

КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНОВ.

А. По функциям

органы растений	органы животных
Вегетативные корень, побег (стебель, листья, почки). Генеративные, гаметангии, цветок, плод, семя	Органы пищеварения: ротовая полость, глотка, пищевод, желудок, тонкая и толстая кишка. Органы дыхания: жабры, трахеи, легкие. Органы кровообращения: сердце, сосуды.Органы выделения: нефридии, почки и т.д.

Б. При наличии полости: паренхиматозные — заполнены связующим или основной тканями (например, легкие, листок) и полые— имеют внутри полость (например, желудок, стебель злаковых).

В. По продолжительности существования: постоянные— функционируют до конца жизни (например, мозг, стебель) и временные — существуют непродолжительное время, а затем исчезают (например, плацента, цветок).

Г. По расположению: внешние (например, глаза, листок) и внутренние (например, сердце, семенной зачаток).

Д. По происхождению: гомологичные — имеют одинаковое происхождение, но выполняют разные функции (например, лапа тигра и ласт тюленя, клубни картофеля и колючки боярышника) и аналогичные — имеют разное происхождение, но выполняют подобные функции (например, крыло бабочки и крыло птицы, колючки боярышника и колючки кактуса).

Если части организма отвечают за одинаковые функции и имеют при этом общее происхождение и сходное строение, то их называют системами органов. При одинаковых функциях, но разном происхождении и строении, объединение частей организма называют аппаратом. Например, у большинства наземных растений в кожице листьев имеется устьичный аппарат, регулирующий испарение воды. Другой пример: в дыхательной системе наземных позвоночных животных (и у человека) есть голосовой аппарат, образованный голосовыми связками, голосовой щелью и мышцами гортани. Кроме того, у человека в формировании речи участвуют зубы, язык и нёбо.

Для совместной работы образующих организм частей необходим гомеостаз (от греч. hymoios — одинаковый и stasis — состояние) — поддержание относительного постоянства организации и свойств организма. Это постоянство внутренней среды организма — необходимое условие нормальной жизнедеятельности его частей (клеток, тканей, органов и их систем). Под действием различных условий окружающей среды состав и свойства организма могут изменяться. Тогда в нем возникают реакции, направленные на восстановление гомеостаза. Например, усиленная мышечная работа при беге вызывает повышение в крови организма содержания углекислого газа и снижение кислорода. Для восстановления исходной концентрации этих газов, организм увеличивает частоту дыхательных движений и сокращений сердца. При этом наблюдаются также изменения в работе опорно-двигательной, нервной, эндокринной и покровной систем органов. Такое временное объединение органов и систем, направленное на достижение необходимого организму положительного результата, называют функциональной системой.

Теорию функциональных систем разработал в 1935 г. отечественный ученый Петр Кузьмич Анохин. Согласно его взглядам, функциональная система позволяет организму выбрать цель и подчинить работу всех составляющих его частей достижению этой цели. Обеспечивается это, в первую очередь, управляющей деятельностью нервной и эндокринной систем, регулирующих работу различных частей организма и получающих в результате обратной связи информацию о конечном результате.

Таким образом, организм — это целостная биологическая система, состоящая из структурно и функционально взаимосвязанных частей, совершающих непрерывную работу по поддержанию относительного постоянства его организации и свойств (гомеостаза), что служит необходимым условием его существования. В процессе развития в организме растений и животных органы функционально дополняют друг друга, формируя физиологические и функциональные системы. Физиологические системы органов — это постоянное сочетание органов, исполняющих в организме общие жизненно важные физиологические процессы (например, дыхательная система для выполнения функции дыхания). В организме многоклеточных животных и человека условно различают следующие основные физиологические системы органов, как кровеносная, дыхательная, пищеварительная, мочевыделительная, половая, нервная и др. Функциональные системы органов — это временное сочетание органов различных систем для выполнения определенных функций. Например, во время бега животных согласовано функционируют органы дыхательной, кровеносной, опорно-двигательной, нервной систем.

РЕГУЛЯЦИЯ ЖИЗНЕННЫХ ФУНКЦИЙ.

Регуляция функций — это совокупность процессов, обеспечивающих существование организма как единого целого. В многоклеточных организмов обеспечивается специализированными  регуляторными системами — нервной, эндокринной и иммунной. По дальности действия процессов регуляции в организме различают центральные (передают информацию в пределах всего организма) и местные (связанные с переносом веществ от клетки к клетке в пределах небольших участков) системы регуляции. По типу взаимодействия между клетками выделяют два механизма регуляции: электрофизиологический, связан с передачей электрического импульса, и гуморальный, что реализуется путем переноса химических веществ. У многоклеточных организмов выделяют в основном три вида регуляции: нервная, гуморальная и иммунная.

Нервная регуляция — это совокупность процессов, обеспечивающих существование организма как единого целого с помощью нервной системы. Свойственный этот тип регуляции для животных и обеспечивается нервной системой четырех типов: диффузной, диффузно-узловой, узловой и трубчатой. Вся работа нервной системы по регуляции деятельности организма осуществляется с помощью рефлексов. Нервная регуляция принадлежит к центральным процессов регуляции, в его основе — электрофизиологических и гуморальный механизмы регуляции. Передача электрических импульсов осуществляется по нейронах, которые сочетаются электрическими и химическими синапсами. Скорость действия очень велика — до 120 м / с — и характеризуется конкретным кратковременным воздействием на органы.

Гуморальная регуляция — это совокупность процессов, обеспечивающих существование организма как единого целого с помощью химических веществ, которые переносятся жидкостями внутренней среды . Гуморальный механизм регуляции функций является эволюционно древним. Присущая гуморальная регуляция животным, растениям и грибам. У животных она обеспечивается специализированной эндокринной системой, у растений и грибов — биологически активными веществами, которыми являются фитогормоны, алкалоиды и др. Передача осуществляется в животных с помощью гормонов через кровь, лимфу и тканевую жидкость, у растений — ведущими тканями, у грибов — через гифы мицелия. К особенностям гуморальной регуляции относятся: а) медленное распространение сигналов (до нескольких минут) б) отсутствие конкретного воздействия на органы; в) низкая надежность осуществления связи, поскольку высокоактивные вещества быстро разрушаются и выводятся из организма. Особое место в регуляции функций организма животных принадлежит Нейрогормоны — биологически активным веществам, которые вырабатываются нейросекреторными клетками гипоталамуса, эпифиза, нервных узлов и тому подобное. Нейросекреторные клетки обнаружены у всех животных, которые имеют нервную систему.

Нервный и гуморальный способы регуляции функций тесно между собой связаны. С одной стороны, на деятельность нервной системы постоянно влияют принесенные с током крови химические вещества, с другой — образование большинства химических веществ и выделение их в кровь находятся под постоянным контролем нервной системы, поэтому регуляция физиологических функций в организме всегда обеспечивается единственным нейрогуморальным механизмом. Кроме того , отдельные органы и системы органов взаимно влияют друг на друга, благодаря чему достигается саморегуляция всех физиологических процессов организма.

Иммунная регуляция — это совокупность процессов, обеспечивающих существование организма как единого целого и направлены на поддержание устойчивости к чужеродным влияниям.  Присуща для животных, растений и грибов. Обеспечивается: у животных — иммунной системой, у растений и грибов — устойчивостью клеточных стенок и защитными веществами (например, фитонцидами, антибиотиками), которые обусловливают фитоимунитет. Гуморальный и клеточный механизмы регуляции осуществляются через жидкости химическими соединениями (например, у животных и человека — антителами, интерферонами, которые обеспечивают гуморальный иммунитет) и клетками иммунной системы (например, фагоцитами, лимфоцитами, которые осуществляют клеточный иммунитет). Передача осуществляется в животных через внутреннюю среду, в растений — ведущими тканями, у грибов — через гифы. Скорость действия невелика — от нескольких минут до нескольких лет.

ПОНЯТИЕ О ГОМЕОСТАЗЕ.

Живой организм – открытая система, имеющая связь с окружающей средой посредством нервной, пищеварительной, дыхательной, выделительной систем и др. В процессе обмена веществ с пищей, водой, при газообмене в организм поступают разнообразные химические соединения, которые в организме подвергаются изменениям, входят в структуру организма, но не остаются постоянно. Усвоенные вещества распадаются, выделяют энергию, продукты распада удаляются во внешнюю среду. Разрушенная молекула заменяется новой и т.д.

Организм – открытая, динамичная система. В условиях непрерывно меняющейся среды организм поддерживает устойчивое состояние в течение определенного времени.

Гомеостаз– свойство живого организма сохранять относительное динамическое постоянство внутренней среды. Гомеостаз выражается в относительном постоянстве химического состава, осмотического давления, устойчивости основных физиологических функций. Гомеостаз специфичен и обусловлен генотипом. Явление гомеостаза представляет собой эволюционно выработанное, наследственно-закрепленное адаптационное свойство организма к обычным условиям окружающей среды. Однако эти условия могут кратковременно или длительно выходить за пределы нормы. В таких случаях явления адаптации характеризуются не только восстановлением обычных свойств внутренней среды, но и кратковременными изменениями функции (например, учащение ритма сердечной деятельности и увеличение частоты дыхательных движений при усиленной мышечной работе). Реакции гомеостаза могут быть направлены на:

1. поддержание известных уровней стационарного состояния;
2. устранение или ограничение действия вредоносных факторов;
3. выработку или сохранение оптимальных форм взаимодействия организма и среды в изменившихся условиях его существования. Все эти процессы и определяют адаптацию.

Понятие гомеостаза означает не только известное постоянство различных физиологических констант организма, но и включает процессы адаптации и координации физиологических процессов, обеспечивающих единство организма не только в норме, но и при изменяющихся условиях его существования.

Основные компоненты гомеостаза были определены К. Бернаром, и их можно разделить на три группы:

А. Вещества, обеспечивающие клеточные потребности:

• Вещества, необходимые для образования энергии, для роста и восстановления – глюкоза, белки, жиры.
• Вода.
• NaCl, Ca и другие неорганические вещества.
• Кислород.
• Внутренняя секреция.

Б. Окружающие факторы, влияющие на клеточную активность:

• Осмотическое давление.
• Температура.
• Концентрация водородных ионов (рН).

В. Механизмы, обеспечивающие структурное и функциональное единство:

• Наследственность.
• Регенерация.
• Иммунобиологическая реактивность.

Принцип биологического регулирования обеспечивает внутреннее состояние организма (его содержание), а также взаимосвязь этапов онтогенеза и филогенеза.