1.1: Організми

Цей курс стосується організмів, біологічних речей, які більшість з нас вважає дуже знайомими. Ідея про те, що життя приходить в пакетах, які називаються організмами, - це те, що ми всі приймаємо. А для більшості студентів вивчення біології, принаймні спочатку, орієнтоване на організми, найчастіше люди або речі, які багато в чому схожі на людину (ссавців). Як і ряд біологічних концепцій, організм іноді важко закріпити, і існують певні ситуації, коли поняття організму не дуже добре застосовується, особливо для деяких форм життя, охоплених цим курсом. Розуміння організмів покращується, переглядаючи їх порівняно та переглядаючи їх з різних точок зору. Цей курс розглядає організми з чотирьох різних точок зору, враховуючи описи та порівняння їх (1) структури, (2) відтворення, (3) придбання речовини та енергії та (4) їх взаємодії між собою та умов, що виявляються у їхньому середовищі.

Наше перше завдання - спробувати визначити, що таке організм. Почнемо з розгляду речей, які можна вважати організмами:

Малюнок 1 Скільки різних організмів і видів організмів ви бачите?

Найбільш очевидні організми - лосі. Їх структура та розвиток роблять їх органімальну природу легко визначити. Інші ділянки життя, трава, форби, чагарники та дерева можуть бути складнішими для упаковки як організми.

Малюнок 2 Чи є стручок гороху організмом? Чи є насіннєві організми? Вони, безумовно, є «живими істотами», але які особливості можуть дозволити їм або перешкодити їх вважатися організмами?

Малюнок 3 Клітинна слизова цвіль - жива істота з кількома уроками, щоб навчити про організми.

визначення організму

Що таке організми? Вони є проявом життя, «живою істотою». Для більшості людей організми - це ідея в їхній голові, коли згадується термін «жива істота», але біологи цінують, що «живі істоти» не повинні бути організмами, вони можуть бути частинами організмів (пальці, клітини, мембрани) або групами організмів (популяції, спільноти) і, можливо, навіть те, що змішує життя і не життя (наприклад, клітинні стінки, ґрунти). Саме життя важко визначити, і воно проявляється в багатьох масштабах часу і простору. Важливо розуміти, що існують «живі істоти», які не є організмами. Організми - всього лише один прояв живих істот. Але що особливого в організмі, що відрізняє його від інших рівнів біологічної структури? Чи можемо ми закріпити слово?

Малюнок 4 Велика «листяна» структура, прикріплена до стовбура дерева, є лишаєм «медунки». Чи є лишай організмом? Вони, безумовно, є «живими істотами», але які особливості можуть дозволити їм або перешкодити їх вважатися організмами?

«Коли я вживаю слово, - сказав Шалпті в досить зневажливому тоні, - це означає саме те, що я вибираю, щоб це означало - ні більше, ні менше».

Слова мають важливе значення для біології, оскільки вони забезпечують засіб спілкування, і без певної відповідності визначень спілкування може бути важким. У той же час деякі слова повинні залишатися дещо неоднозначними, оскільки зафіксувати їх занадто далеко робить їх марними. Крім того, слово може формувати думки і утримувати нас від бачення явищ. Організм, мабуть, таке слово!! Ось кілька спроб визначити організм, кожна з яких слідує деякі обмеження визначення:

• Організм є фундаментальною одиницею життя: «Фундаментальний» - досить розпливчастий термін (який дійсно може зробити це визначення більш корисним!) але багато хто вважає, що клітина є основною одиницею. Важливо усвідомлювати, що іноді клітини є організмами, але іноді вони є лише складовими організмів. Більшість коледжів викладають курс клітинної біології, але (дивно!) курси на організми зустрічаються рідше.
• Організм - це одиниця життя, яка може розмножуватися: Однією з особливостей організмів є те, що вони можуть розмножуватися, але навряд чи є унікальними біологічними сутностями в цьому відношенні - клітини, ДНК, органели і іноді навіть спільноти можуть відтворюватися. І можна було б (залежно від визначень) придумати організми, яким не вистачає цієї здатності (див. Обговорення гусениць нижче).
• Організм - це клітина або група клітин, яка є генетично відмінною і генетично однорідною. Для знайомих організмів (тобто людей) це, здається, працює. Як правило, людський організм генетично відрізняється від батьків і від потомства, а його клітини генетично однорідні (за винятком статевих клітин). Однак більшість одноклітинних організмів і багато багатоклітинних організмів виробляють «клони» себе, які генетично ідентичні, але більшість вважає потомство новими організмами. Дійсно, люди іноді мають однакових близнюків, з двома особинами, які ідентичні генетично, і мало (особливо близнюки!) вважав би їх одним організмом. Броненосці роблять цей крок далі і завжди народжують генетично ідентичних чотирикутників.
• Організми - це клітина або група клітин, яка просторово відокремлена від інших клітин, просторово дискретна одиниця життя. Таким чином, окремі клітини - це організми (одноклітинні організми), коли вони не прикріплені до інших клітин, але якщо вони знаходяться в скупченні (тобто прикріплені один до одного), то скупчення вважається організмом. Це працює досить добре, але є проблеми:
  • Іноді те, що ми вважаємо окремими організмами (наприклад, осиковими деревами), насправді з'єднані під землею своїми кореневими системами. Дерево - це організм або скупчення дерев організмом?
  • Шматочки (просторово дискретних) організмів обламуються (наприклад, листя опадають з дерева) - це опадає листя організмами, оскільки вони зараз просторово дискретні? А як щодо яйцеклітини та сперми, вони є просторово дискретними шматочками життя, чи слід вважати їх організмами?
  • Зазвичай мають просторово дискретні структури (наприклад, лишайники, корали, мікоризи), які складаються з клітин, які мають дуже різні генетичні конституції (лишайники складаються з гриба та водорості, корали [часто] складаються з тварини та водоростей; мікоризи містять рослину та грибок). Як правило, ми вважаємо асоціації організмів спільнотою, але, можливо, спільноти можуть бути організмами?
  • Що являє собою прихильність? Мохи та лишайники прикріплені до дерев, але більшість не вважає об'єднану сутність організмом. Барнакли прикріплюються до китів, але вони не вважаються єдиним організмом.
• Організм - це «самодостатня» одиниця життя, яка може «зробити це самостійно»: Мохи та лишайники не потребують дерева, їм просто потрібно прикріпитися до всього, що є. На відміну від цього, печінка потребує решти вашого тіла, щоб вижити. Червоні кров'яні клітини, що циркулюють у крові, не вважаються організмами, тоді як парамецій або амеба, що циркулюють у ставку, були б тому, що вони можуть вижити самостійно. Однак насправді дуже мало організмів, які справді «самі по собі» і самостійні: коровам потрібна трава, коровам потрібна певна група організмів у своїй травній системі, соснам потрібні гриби, пов'язані з їх корінням, і, як ми будемо вивчати, всім рослинам потрібні бактерії та гриби. Майже всі організми залежать від інших організмів для їх життєдіяльності, і дуже важко використовувати «самодостатність» для визначення організму.
• Організм - це одиниця життя, яка відрізняється в часі; вона має початкову і кінцеву точку. Для знайомих (статевих, багатоклітинних) організмів початком може бути запліднення яйцеклітини сперматозоїдом, а кінець може вважатися смертю. Але організми можуть починатися і закінчуватися різними способами. Розглянемо метелика (сутність, яка вміє літати): можна стверджувати, що вона починається, коли виходить з лялечки, і закінчується смертю метелика. Точно так само можна стверджувати, що гусениця - це організм, який починається як запліднена яйцеклітина і закінчується як лялечка. Це, звичайно, не смерть, але це кінець гусениці. Таким чином, ми можемо сказати, що те, що ми зазвичай називаємо метеликом, існує у двох різних формах, обидва вони організми: гусениця та метелик. Або розглянемо особливу цікаву форму життя під назвою клітинна слизова цвіль. Він іноді існує як поодинокі клітини, схожі на амеби. Клітини поглинають інші шматочки матеріалу, як живі, так і мертві, ростуть і діляться, утворюючи більше амебоподібних клітин. Коли умови правильні, клітини агрегуються, утворюючи багатоклітинний слимак довжиною в кілька міліметрів, який коротко рухається, нагадуючи слимака, а потім припиняє рух і зазнає перетворення в нерухомий об'єкт з основою, з'єднаною з тонким стеблом, що стоїть до 10 мм у висоту з кулькою. у верхній частині стебла. Згодом кулька розривається, випускаючи поодинокі клітини, які розсіюються і можуть перерости в більш амебоподібні клітини. Як і метелики (і, як ми побачимо, як деякі рослини), клітинні слизові цвілі мають кілька форм, в даному випадку три: одна форма, яка спеціалізується на харчуванні (амебоїдні клітини), одна спеціалізується на переміщенні (слимак) та інша, яка спеціалізується на розмноженні (плодове тіло). Таким чином, деякі «живі істоти» існують кілька форм, і кожну з них можна вважати «організмом». І кожна форма має початкову точку та кінцеву точку, але вони можуть бути не знайомими запліднення (формування зиготи) та смерті.
• Про організми змінюються через час, тобто розвиваються, змінюючись за структурою і за функціями. Найпростіший візерунок життєвого циклу - це одна клітина, яка «починається», коли вона виробляється поділом клітин існуючої клітини і «закінчується», коли ця клітина ділиться, утворюючи дві дочірні клітини. Крім зростання, основна структура (форма) залишається незмінною, але внутрішньо (фізіологічно) існує безліч перетворень (тобто розвиток), які дозволяють придбати матеріали, необхідні для формування нової клітини, а також зміни, які дозволяють поділу відбуватися. Багатоклітинні організми, як правило, починаються з однієї клітини, яка проліферує до багатьох клітин, і клітини залишаються разом після ділення, утворюючи багатоклітинну форму, яка, як правило, істотно змінює структуру, особливо на ранніх стадіях розвитку. Як ми побачимо, коли ми вивчаємо розмноження та стать, у деяких організмів клітини, які «передаються» (тобто, які можуть ініціювати наступне покоління), мають два типи (наприклад, яйцеклітина та сперма), і їм потрібно знайти один одного та об'єднатися, щоб сформувати клітину, яка здатна ділитися, щоб виробляти нову багатоклітинна форма. Для інших організмів одна клітина, випущена з батьківського організму, може пройти процес розвитку, утворюючи багатоклітинний організм.
• Розвиток знайомих (тваринних) організмів зазвичай досить регулюється і призводить до досить послідовної «остаточної» форми. Ми побачимо, що розвиток деяких «неживих» (тобто нетваринних) організмів не такий жорсткий. Насправді, багато організмів, які ми розглянемо, не виробляють «кінцевої » форми (кінцевої точки), вони продовжують рости і рости. Чим закінчуються організми? Кінець організму не повинен бути смертю від «старості» («зношування») або будучи спустошені умовами навколишнього середовища (наприклад, холодною погодою) або біотичними взаємодіями (хворобою або хижаком). Кінець деяких організмів є аспектом розвитку, наприклад, кінець гусениці - це утворення в лялечку, кінець стадії «слимака» клітинної слизової цвілі - це її перетворення в стеблоподібна структура. Це повертає нас до питання розмноження. Як було сказано вище, можна стверджувати, що деякі організми не розмножуються: гусениці не роблять більше гусениць, вони роблять метеликів; а метелики не роблять більше метеликів, вони роблять гусениць . Ми вивчимо ряд «біологічних речей», які демонструють життєві цикли, що включають кілька форм, кожну з яких можна вважати організмом, і кожна з яких «проходить далі» (виробляє) клітину або групу клітин, які розвиваються s для формування наступного етапу (організму), врешті-решт повторюючи цикл. Організмальне життя увічнюється через час, але проявляється в різних формах (кожен організм). Якщо розглядати окремі етапи організмами, ніж те, що ми можемо назвати сутністю, яка включає всі етапи? Зазвичай його також вважають «організмом» - метелики-монархи є і гусеницею, і метеликом. Це, можливо, прикро, тому що воно затьмарює якусь цікаву біологію, і це, безумовно, робить визначення «організму» більш складним. У організмальному сенсі метелики-монархи явно не такі, як гусениці, їх будова та функція дуже різні, хоча вони пов'язані один з одним не тільки за допомогою моделей розвитку, а також у генетичному, еволюційному та таксономічному сенс.
• Організми можуть визначатися їх здатністю рости. Це вимагає придбання матеріалу та використання цього матеріалу, щоб зробити організм більшим. Хоча, як правило, це так, звичайно, є деякі речі, які можна вважати організмом, який не здатний до зростання: розгляньте метеликів (тих, у кого крила, а не водна форма). Ці організми не здатні рости, тому що вони не здатні їсти, їх рот постійно закритий! Те ж саме стосується форми «слимаків» та «стеблової» форми клітинної слизової цвілі, і, як ми побачимо, багато рослин перетворюються з форми, здатної до зростання, до такої, яка не є. Гусениці ростуть, але не розмножуються, метелики не ростуть, але розмножуються. Здатність рости має важливе значення десь у життєвому циклі, але не обов'язково має бути присутнім у всіх формах організму.
• Одним із заключних аспектів організмів є те, що вони вважаються одиницею селекції в еволюції Дарвіна, хоча іноді робляться аргументи для відбору на інших рівнях біологічної організації (гени, популяції).

Однією з цілей цього курсу є дати студентам нову перспективу для розуміння життя. Зрозуміло, що всі ми думаємо, що живі істоти (тобто організми) схожі на людей. Хоча все життя принципово однакове за своїм хімічним складом і в тому, як воно функціонує, існують істотні відмінності в тому, як вони йдуть про бізнес життя. Ми розглянемо різноманітні організми, деякі дуже знайомі, як сосни та кульбаби, деякі дуже незнайомі, як клітинні форми слизу, з акцентом на порівняння та протиставлення різноманітних особливостей. Це дослідження повинно дати учням нову точку зору, з якої вивчати організацію та поведінку життя.

Отже, що таке організми? Вони є біологічними сутностями, які можуть бути визначені в просторі (тобто вони мають межу і форма—структуру) і можуть бути визначені в часі (тобто вони мають початок і закінчення і закономірність розвитку між цими часами). Вони функціонують таким чином, що в кінцевому підсумку призводить до їх відтворення, тобто, роблячи більше себе. Розмноження обов'язково вимагає придбання матеріалів, щоб могло відбутися зростання. Іноді організми мають кілька форм, і кожну з цих форм можна вважати організмом (наприклад, гусениця і метелик; амеби, слимаки та стадії плодоношення слизової цвілі). У подібних ситуаціях індивідуальний етап може не рости і не розмножуватися, але колективно, в результаті дії всіх етапів відбувається як зростання, так і розмноження. В результаті своєї будови і діяльності організми взаємодіють зі своїм середовищем і з іншими організмами.

Малюнок 5 Плодове тіло гриба смердючого рога, структура, що полегшує розмноження. Гриб виробляє зовсім іншу структуру для придбання матеріалів і енергії. Можна вважати його аналогом квітки, яка є структурою, яку виробляють деякі рослини, яка пов'язана з розмноженням, тоді як листя та коріння є структурами, пов'язаними з отриманням речовини та енергії.

Цей курс буде вивчати різноманітну групу організмів, які в один момент вважалися рослинами, враховуючи їх будову та спосіб розвитку, їх здатність до розмноження, їх придбання матерії та енергії та взаємодії з умовами та з іншими організмами.