Bab 13. DAN LAGI TENTANG MASALAH HIDUP DAN HIDUP Semua penemuan dan kesimpulan tentang kekekalan energi dan peningkatan entropi, tentang energi bebas dan katalisis diperoleh berdasarkan kajian terhadap dunia mati. Saya menghabiskan seluruh paruh pertama buku ini untuk menjelaskan dan menjelaskan mekanisme ini hanya untuk

1) Pendiri ekologi dianggap sebagai ahli biologi Jerman E.Haeckel(1834-1919), yang pertama kali menggunakan istilah tersebut pada tahun 1866 "ekologi". Dia menulis: “Yang kami maksud dengan ekologi adalah ilmu umum tentang hubungan antara organisme dan lingkungan, di mana kami memasukkan semua “kondisi keberadaan” dalam arti kata yang luas. Mereka sebagian bersifat organik dan sebagian lagi anorganik.”

Ilmu ini awalnya adalah biologi yang mempelajari populasi hewan dan tumbuhan di lingkungannya.

Ekologi mempelajari sistem pada tingkat di atas organisme individu. Objek utama kajiannya adalah:

populasi - sekelompok organisme yang termasuk dalam spesies yang sama atau serupa dan menempati wilayah tertentu;

ekosistem, termasuk komunitas biotik (kumpulan populasi di wilayah yang dipertimbangkan) dan habitat;

lingkungan- wilayah persebaran kehidupan di Bumi.

Interaksi Manusia dengan Alam memiliki kekhasan tersendiri. Manusia diberkahi dengan akal, dan ini memberinya kesempatan untuk menyadari tempatnya di alam dan tujuannya di Bumi. Sejak awal perkembangan peradaban, Manusia telah memikirkan perannya terhadap alam. Tentu saja karena merupakan bagian dari alam, manusia menciptakan habitat khusus, yang disebut peradaban manusia. Seiring perkembangannya, ia semakin bertentangan dengan alam. Kini umat manusia telah menyadari bahwa eksploitasi alam lebih lanjut dapat mengancam keberadaannya. Maksud dan tujuan ekologi modern

Salah satu tujuan utama ekologi modern sebagai ilmu adalah mempelajari hukum-hukum dasar dan mengembangkan teori interaksi rasional dalam sistem “manusia - masyarakat - alam”, dengan menganggap masyarakat manusia sebagai bagian integral dari biosfer.

Tujuan utama ekologi modern pada tahap perkembangan masyarakat manusia ini - untuk memimpin umat manusia keluar dari krisis lingkungan global ke jalur pembangunan berkelanjutan, di mana kepuasan kebutuhan vital generasi sekarang akan tercapai tanpa menghilangkan kesempatan tersebut bagi generasi mendatang.

Untuk mencapai tujuan ini, ilmu lingkungan harus memecahkan sejumlah masalah yang beragam dan kompleks, termasuk:

mengembangkan teori dan metode untuk menilai keberlanjutan sistem ekologi di semua tingkatan;

mendalami mekanisme pengaturan jumlah populasi dan keanekaragaman biotik, peran biota (flora dan fauna) sebagai pengatur stabilitas biosfer;

mempelajari dan membuat prakiraan perubahan biosfer di bawah pengaruh faktor alam dan antropogenik;

menilai keadaan dan dinamika sumber daya alam serta dampak lingkungan dari konsumsinya;

mengembangkan metode pengelolaan kualitas lingkungan;

membentuk pemahaman tentang permasalahan biosfer dan budaya ekologis masyarakat.

Di sekitar kita lingkungan hidup bukanlah gabungan makhluk hidup yang tidak teratur dan acak. Ini adalah sistem yang stabil dan terorganisir yang berkembang dalam proses evolusi dunia organik. Sistem apa pun dapat dimodelkan, mis. dimungkinkan untuk memprediksi bagaimana sistem tertentu akan bereaksi terhadap pengaruh eksternal. Pendekatan sistem adalah dasar untuk mempelajari masalah lingkungan. Tempat ekologi dalam sistem ilmu pengetahuan alam. Ekologi modern termasuk dalam jenis ilmu yang muncul di persimpangan banyak arah ilmu pengetahuan. Hal ini mencerminkan sifat global dari tantangan modern yang dihadapi umat manusia dan berbagai bentuk integrasi metode terarah dan penelitian ilmiah. Transformasi ekologi dari disiplin biologi murni menjadi cabang ilmu pengetahuan, yang juga mencakup ilmu-ilmu sosial dan teknis, menjadi bidang kegiatan yang didasarkan pada pemecahan sejumlah masalah politik, ideologi, ekonomi, etika, dan lainnya yang kompleks, telah memberikannya sebuah tempat yang signifikan dalam kehidupan modern, menjadikannya semacam simpul yang menyatukan berbagai bidang ilmu pengetahuan dan praktik manusia. Ekologi, menurut saya, semakin menjadi salah satu ilmu kemanusiaan dan diminati banyak bidang ilmu pengetahuan. Dan meskipun proses ini masih jauh dari selesai, tren utamanya sudah terlihat jelas di zaman kita.

2) Mata kuliah, tugas dan metode ekologi Ekologi(Yunani oikos - tempat tinggal, tempat tinggal, logos - ilmu) - ilmu biologi tentang hubungan antara organisme hidup dan lingkungannya.

Objek ekologi sebagian besar adalah sistem di atas tingkat organisme, yaitu studi tentang organisasi dan fungsi sistem supraorganisme: populasi, biocenosis (komunitas), biogeocenosis (ekosistem) dan biosfer secara keseluruhan. Dengan kata lain, objek kajian utama ekologi adalah ekosistem, yaitu kesatuan kompleks alam yang dibentuk oleh organisme hidup dan habitatnya.

Tugas ekologis bervariasi tergantung pada tingkat organisasi makhluk hidup yang sedang dipelajari. Ekologi populasi mengeksplorasi pola dinamika dan struktur populasi, serta proses interaksi (kompetisi, predasi) antar populasi spesies yang berbeda. Untuk tugas ekologi komunitas (biocenologi) mencakup studi tentang pola organisasi berbagai komunitas, atau biocenosis, struktur dan fungsinya (sirkulasi zat dan transformasi energi dalam rantai makanan).

Tugas teoritis dan praktis utama ekologi adalah mengungkap pola umum organisasi kehidupan dan, atas dasar ini, mengembangkan prinsip-prinsip penggunaan sumber daya alam secara rasional dalam kondisi pengaruh manusia yang semakin meningkat terhadap biosfer.

Cakupan permasalahan lingkungan hidup juga mencakup permasalahan pendidikan dan pencerahan lingkungan hidup, permasalahan moral, etika, filosofis bahkan hukum. Oleh karena itu, ekologi tidak hanya menjadi ilmu biologi, tetapi juga ilmu sosial. Metode ekologi dibagi menjadi bidang(studi tentang kehidupan organisme dan komunitasnya dalam kondisi alam, yaitu pengamatan jangka panjang di alam dengan menggunakan berbagai peralatan) dan eksperimental(percobaan di laboratorium stasioner, di mana dimungkinkan tidak hanya untuk memvariasikan, tetapi juga untuk secara ketat mengontrol pengaruh faktor apa pun pada organisme hidup sesuai dengan program yang diberikan). Pada saat yang sama, para ahli ekologi beroperasi tidak hanya dengan metode biologis, tetapi juga dengan metode fisik dan kimia modern, dengan menggunakan pemodelan fenomena biologis, yaitu reproduksi dalam ekosistem buatan dari berbagai proses yang terjadi di alam yang hidup. Melalui pemodelan, dimungkinkan untuk mempelajari perilaku sistem apa pun untuk menilai kemungkinan konsekuensi penerapan berbagai strategi dan metode pengelolaan sumber daya, yaitu untuk peramalan lingkungan. 3) Dalam sejarah perkembangan ekologi sebagai ilmu pengetahuan, dapat dibedakan tiga tahapan utama. Tahap pertama - asal usul dan perkembangan ekologi sebagai ilmu (sampai tahun 1960-an), ketika data tentang hubungan organisme hidup dengan habitatnya dikumpulkan, generalisasi ilmiah pertama dibuat. Pada periode yang sama, ahli biologi Perancis Lamarck dan pendeta Inggris Malthus untuk pertama kalinya memperingatkan umat manusia tentang kemungkinan konsekuensi negatif dari pengaruh manusia terhadap alam.

Tahap kedua - formalisasi ekologi menjadi cabang ilmu pengetahuan yang mandiri (setelah tahun 1960an hingga 1950an). Permulaan tahapan ditandai dengan diterbitkannya karya-karya ilmuwan Rusia K.F. Roulier, N.A. Severtseva, V.V. Dokuchaev, yang pertama kali membuktikan sejumlah prinsip dan konsep ekologi. Setelah penelitian Charles Darwin di bidang evolusi dunia organik, ahli zoologi Jerman E. Haeckel adalah orang pertama yang memahami bahwa apa yang disebut Darwin sebagai “perjuangan untuk eksistensi” mewakili bidang biologi yang independen, dan menyebutnya ekologi(1866).

Ekologi akhirnya terbentuk sebagai ilmu yang mandiri pada awal abad ke-20. Selama periode ini, ilmuwan Amerika C. Adams membuat ringkasan pertama tentang ekologi, dan generalisasi penting lainnya diterbitkan. Ilmuwan Rusia terbesar abad ke-20. V.I. Vernadsky menciptakan sebuah fundamental doktrin biosfer.

Pada tahun 1930-an-1940-an, ahli botani Inggris A. Tansley (1935) pertama kali mengemukakan konsep "ekosistem", dan beberapa saat kemudian V.Ya(1940) memperkuat konsep yang dekat dengannya tentang biogeocenosis.

Tahap ketiga(1950-an - hingga sekarang) - transformasi ekologi menjadi ilmu yang kompleks, termasuk ilmu perlindungan lingkungan manusia. Bersamaan dengan berkembangnya landasan teori ekologi, permasalahan terapan terkait ekologi juga mulai terselesaikan.

Di negara kita, pada tahun 1960-an dan 1980-an, hampir setiap tahun pemerintah mengeluarkan resolusi untuk memperkuat perlindungan alam; Kode tanah, air, hutan dan lainnya diterbitkan. Namun, seperti yang ditunjukkan oleh praktik penggunaannya, mereka tidak memberikan hasil yang diharapkan.

Saat ini Rusia sedang mengalami krisis lingkungan: sekitar 15% wilayahnya sebenarnya merupakan zona bencana lingkungan; 85% penduduk menghirup udara yang tercemar jauh di atas MPC. Jumlah penyakit yang “disebabkan oleh lingkungan” terus bertambah. Terjadi degradasi dan pengurangan sumber daya alam.

Situasi serupa juga terjadi di negara-negara lain di dunia. Pertanyaan tentang apa yang akan terjadi pada umat manusia jika terjadi degradasi sistem ekologi alami dan hilangnya kemampuan biosfer untuk mempertahankan siklus biokimia menjadi salah satu pertanyaan yang paling mendesak.

4) 1. Tingkat molekuler organisasi satwa liar

Komposisi kimia sel: zat organik dan anorganik,

Metabolisme (metabolisme): proses disimilasi dan asimilasi,

penyerapan dan pelepasan energi.

Tingkat molekuler mempengaruhi semua proses biokimia yang terjadi di dalam organisme hidup - dari organisme tunggal hingga multiseluler.

Ini tingkat Sulit untuk menyebutnya “hidup”. Ini lebih merupakan tingkat “biokimia” - oleh karena itu ini adalah dasar dari semua tingkat organisasi alam yang hidup. Oleh karena itu, dialah yang menjadi dasar klasifikasi Alam Hidup ke kerajaan - yang gizi adalah yang utama dalam tubuh: pada hewan adalah protein, pada jamur adalah kitin, pada tumbuhan adalah karbohidrat.

Ilmu-ilmu yang mempelajari organisme hidup pada tingkat ini:

2. Tingkat seluler organisasi satwa liar

Termasuk yang sebelumnya - tingkat organisasi molekuler.

Pada tingkat ini istilah “sel” sudah muncul sebagai "sistem biologis terkecil yang tidak dapat dibagi"

Metabolisme zat dan energi sel tertentu (berbeda tergantung pada kingdom mana organisme tersebut berada);

organel sel;

Siklus hidup - asal usul, pertumbuhan dan perkembangan serta pembelahan sel

Ilmu belajar tingkat organisasi seluler:

Genetika dan embriologi mempelajari tingkat ini, tetapi ini bukan objek studi utama.

3. Tingkat organisasi jaringan:

Termasuk 2 level sebelumnya - molekuler Dan seluler.

Tingkat ini bisa disebut "multiseluler " - lagipula, kain itukumpulan sel dengan struktur serupa dan menjalankan fungsi yang sama.

Sains - Histologi

4. Organ (penekanan pada suku kata pertama) tingkat organisasi kehidupan

Pada organisme uniseluler, organ adalah organel - Ada organel yang umum - karakteristik semua sel eukariotik atau prokariotik, dan ada yang berbeda.

Dalam organisme multiseluler, sel-sel dengan struktur dan fungsi yang sama digabungkan menjadi jaringan, dan karenanya, menjadi organ, yang, pada gilirannya, diintegrasikan ke dalam sistem dan harus berinteraksi dengan lancar satu sama lain.

Tingkat organisasi jaringan dan organ - mempelajari ilmu:

5. Tingkat organisme

Termasuk semua level sebelumnya: molekuler, tingkat sel, jaringan, dan organ.

Pada tingkat ini, Alam Hidup terbagi menjadi beberapa kerajaan - hewan, tumbuhan, dan jamur.

Ciri-ciri tingkat ini:

Metabolisme (baik di tingkat tubuh dan juga di tingkat sel)

Struktur (morfologi) organisme

Nutrisi (metabolisme dan energi)

Homeostatis

Reproduksi

Interaksi antar organisme (kompetisi, simbiosis, dll)

Interaksi dengan lingkungan

6. Tingkat organisasi kehidupan populasi-spesies

Termasuk molekuler, tingkat sel, jaringan, organ dan organisme.

Jika beberapa organisme mempunyai kemiripan morfologi (dengan kata lain mempunyai struktur yang sama) dan mempunyai genotipe yang sama, maka mereka membentuk satu spesies atau populasi.

Proses utama pada level ini:

Interaksi organisme satu sama lain (kompetisi atau reproduksi)

mikroevolusi (perubahan organisme di bawah pengaruh kondisi eksternal)

Ilmu yang mempelajari tingkat ini:

7. Tingkat organisasi kehidupan biogeocenotic

Pada level ini, hampir semuanya sudah diperhitungkan:

Interaksi makanan antar organisme – rantai dan jaringan makanan

Interaksi organisme antar dan intraspesifik - kompetisi dan reproduksi

Pengaruh lingkungan terhadap organisme dan, karenanya, pengaruh organisme terhadap habitatnya

Ilmu yang mempelajari tingkatan ini adalah Ekologi

Nah, level terakhir adalah yang tertinggi!

8. Tingkat biosfer organisasi satwa liar

Ini termasuk:

Interaksi komponen alam yang hidup dan tidak hidup

Biogeocenosis

Pengaruh manusia - “faktor antropogenik”

Siklus zat di alam

5) Sistem ekologi, atau ekosistem, adalah unit fungsional dasar dalam ekologi, karena mencakup organisme dan

lingkungan mati - komponen yang saling mempengaruhi sifat satu sama lain, dan kondisi yang diperlukan untuk mempertahankan kehidupan dalam bentuk yang ada di Bumi. Ketentuan ekosistem pertama kali diusulkan pada tahun 1935 oleh seorang ahli ekologi Inggris A.Tansley.

Dengan demikian, ekosistem dipahami sebagai sekumpulan organisme hidup (komunitas) dan habitatnya, yang berkat siklus zat, membentuk suatu sistem kehidupan yang stabil.

Komunitas organisme terhubung dengan lingkungan anorganik melalui hubungan material dan energi yang paling dekat. Tumbuhan hanya dapat hidup karena pasokan karbon dioksida, air, oksigen, dan garam mineral yang konstan. Heterotrof hidup dari autotrof, tetapi membutuhkan pasokan senyawa anorganik seperti oksigen dan air.

Di habitat mana pun, cadangan senyawa anorganik yang diperlukan untuk mendukung kehidupan organisme yang menghuninya tidak akan bertahan lama jika cadangan tersebut tidak diperbarui. Kembalinya unsur hara ke lingkungan terjadi baik selama kehidupan organisme (akibat respirasi, ekskresi, buang air besar) maupun setelah kematiannya, akibat pembusukan mayat dan sisa-sisa tumbuhan.

Akibatnya komunitas tersebut membentuk suatu sistem tertentu dengan lingkungan anorganik di mana aliran atom akibat aktivitas vital organisme cenderung menutup dalam suatu siklus.

Beras. 8.1. Struktur biogeocenosis dan skema interaksi antar komponen

Istilah “biogeocenosis”, yang diusulkan pada tahun 1940, banyak digunakan dalam literatur Rusia. B.NSukachev. Menurut definisinya, biogeocenosis adalah “sekumpulan fenomena alam yang homogen (atmosfer, batuan, tanah, dan kondisi hidrologi) pada batas tertentu di permukaan bumi, yang mempunyai kekhususan khusus dari interaksi komponen-komponen penyusunnya dan a jenis pertukaran materi dan energi tertentu antara mereka dan fenomena alam lainnya dan mewakili kesatuan dialektis yang kontradiktif secara internal, dalam pergerakan dan perkembangan yang konstan.”

Dalam biogeocenosis V.N. Sukachev mengidentifikasi dua blok: ecotop- seperangkat kondisi lingkungan abiotik dan biocenosis- totalitas semua organisme hidup (Gbr. 8.1). Ekotope sering dianggap sebagai lingkungan abiotik yang tidak diubah oleh tumbuhan (kompleks utama faktor lingkungan fisik-geografis), dan biotope adalah sekumpulan elemen lingkungan abiotik yang dimodifikasi oleh aktivitas pembentuk lingkungan organisme hidup.

Ada pendapat bahwa istilah “biogeokoenosis” lebih mencerminkan karakteristik struktural makrosistem yang diteliti, sedangkan konsep “ekosistem” terutama mencakup esensi fungsionalnya. Sebenarnya tidak ada perbedaan antara istilah-istilah tersebut.

Perlu diperhatikan bahwa kombinasi lingkungan fisikokimia tertentu (biotope) dengan komunitas organisme hidup (biocenosis) membentuk suatu ekosistem:

Ekosistem = Biotope + Biocenosis.

Keadaan ekosistem yang seimbang (stabil) dijamin berdasarkan siklus zat (lihat paragraf 1.5). Semua komponen ekosistem berpartisipasi langsung dalam siklus ini.

Untuk menjaga peredaran zat dalam suatu ekosistem, diperlukan persediaan zat anorganik dalam bentuk yang dapat dicerna dan tiga kelompok organisme ekologi yang berbeda secara fungsional: produsen, konsumen, dan pengurai.

Produser organisme autotrofik mampu membangun tubuhnya menggunakan senyawa anorganik (Gbr. 8.2).

Beras. 8.2. Produser

Konsumen - organisme heterotrofik yang mengonsumsi bahan organik dari produsen atau konsumen lain dan mengubahnya menjadi bentuk baru.

Pengurai Mereka hidup dari bahan organik mati, mengubahnya kembali menjadi senyawa anorganik. Klasifikasi ini bersifat relatif, karena baik konsumen maupun produsen sendiri selama hidup sebagian bertindak sebagai pengurai, melepaskan produk metabolisme mineral ke lingkungan.

Pada prinsipnya, siklus atom dapat dipertahankan dalam sistem tanpa perantara - konsumen, karena aktivitas dua kelompok lainnya. Namun, ekosistem tersebut terjadi sebagai pengecualian, misalnya, di wilayah di mana komunitas terbentuk hanya dari fungsi mikroorganisme. Peran konsumen di alam terutama dimainkan oleh hewan; aktivitas mereka dalam memelihara dan mempercepat migrasi siklik atom dalam ekosistem bersifat kompleks dan beragam.

Skala ekosistem di alam sangat bervariasi. Derajat ketertutupan siklus materi yang dipelihara di dalamnya juga berbeda-beda, yaitu. keterlibatan berulang dari elemen yang sama dalam siklus. Sebagai ekosistem yang terpisah, kita dapat mempertimbangkan, misalnya, bantalan lumut pada batang pohon, tunggul pohon yang membusuk beserta populasinya, perairan sementara yang kecil, padang rumput, hutan, padang rumput, gurun, seluruh lautan, dan terakhir, seluruh permukaan bumi dihuni oleh kehidupan.

Pada beberapa tipe ekosistem, perpindahan materi di luar batasnya begitu besar sehingga stabilitasnya dipertahankan terutama oleh masuknya materi dalam jumlah yang sama dari luar, sedangkan siklus internal tidak efektif. Ini termasuk waduk yang mengalir, sungai, aliran sungai, dan daerah di lereng gunung yang curam. Ekosistem lain mempunyai siklus zat yang jauh lebih lengkap dan relatif otonom (hutan, padang rumput, danau, dll.).

Ekosistem pada dasarnya merupakan sistem tertutup. Inilah perbedaan mendasar antara ekosistem dan komunitas serta populasi, yang merupakan sistem terbuka yang bertukar energi, materi, dan informasi dengan lingkungannya.

Namun, tidak ada satu pun ekosistem di Bumi yang memiliki sirkulasi tertutup sepenuhnya, karena pertukaran massa dengan lingkungan masih minim.

Ekosistem adalah sekumpulan konsumen energi yang saling berhubungan yang melakukan pekerjaan untuk mempertahankan keadaan tidak seimbang dibandingkan dengan habitatnya melalui penggunaan aliran energi matahari.

Sesuai dengan hierarki komunitas, kehidupan di Bumi juga diwujudkan dalam hierarki ekosistem yang bersangkutan. Organisasi ekosistem kehidupan merupakan salah satu syarat yang diperlukan bagi keberadaannya. Sebagaimana telah disebutkan, cadangan unsur biogenik yang diperlukan untuk kehidupan organisme di Bumi secara umum dan di setiap wilayah tertentu di permukaannya tidaklah terbatas. Hanya sistem sirkulasi yang dapat memberikan cadangan ini sifat tak terhingga, yang diperlukan untuk kelangsungan kehidupan.

Hanya kelompok organisme yang berbeda secara fungsional yang dapat mempertahankan dan melaksanakan siklus tersebut. Keanekaragaman fungsi dan ekologi makhluk hidup serta pengorganisasian aliran zat yang diekstraksi dari lingkungan ke dalam siklus adalah sifat kehidupan yang paling kuno.

Dari sudut pandang ini, kelestarian keberadaan banyak spesies dalam suatu ekosistem tercapai karena adanya gangguan alami terhadap habitat yang terus-menerus terjadi di dalamnya, sehingga memungkinkan generasi baru menempati ruang yang baru dikosongkan.

Ekosistem (sistem ekologi)- unit fungsional dasar ekologi, yang mewakili kesatuan organisme hidup dan habitatnya, yang diatur oleh aliran energi dan siklus biologis zat. Ini adalah komunitas dasar makhluk hidup dan habitatnya, kumpulan organisme hidup yang hidup bersama, dan kondisi keberadaannya (Gbr. 8).

Beras. 8. Macam-macam ekosistem: a - kolam di zona tengah (1 - fitoplankton; 2 - zooplankton; 3 - kumbang perenang (larva dan dewasa); 4 - ikan mas muda; 5 - tombak; 6 - larva koronomid (nyamuk brengsek); 7 - bakteri; 8 - serangga vegetasi pantai; b - padang rumput (I - zat abiotik, yaitu komponen anorganik dan organik utama); II - produsen (vegetasi); III - konsumen makro (hewan): A - herbivora (kuda betina, tikus lapangan, dll.); B - konsumen tidak langsung atau pemakan detritus, atau saprobe (invertebrata tanah C - predator "gunung" (elang);

Dari sudut pandang fungsional, disarankan untuk menganalisis ekosistem dalam arah berikut:

1) aliran energi;

2) rantai makanan;

3) struktur keanekaragaman spatiotemporal;

4) siklus biogeokimia;

5) perkembangan dan evolusi;

6) kontrol (sibernetika);

Ekosistem juga dapat diklasifikasikan berdasarkan:

· Struktur;

· Produktivitas;

· Stabilitas;

Jenis ekosistem (menurut Komov):

· Akumulatif (rawa yang ditinggikan);

· Transit (penghilangan zat secara kuat);

Tingkat organisasi dunia organik adalah keadaan sistem biologis yang terpisah, yang dicirikan oleh subordinasi, keterhubungan, dan pola tertentu.

Tingkat struktural organisasi kehidupan sangat beragam, tetapi yang utama adalah molekuler, seluler, ontogenetik, spesies populasi, bigiocenotic, dan biosfer.

1. Tingkat genetik molekuler kehidupan. Tugas biologi yang paling penting pada tahap ini adalah mempelajari mekanisme transmisi informasi genetik, hereditas dan variabilitas.

Ada beberapa mekanisme variabilitas pada tingkat molekuler. Yang paling penting adalah mekanisme mutasi gen - transformasi langsung dari gen itu sendiri di bawah pengaruh faktor eksternal. Faktor penyebab mutasi adalah: radiasi, senyawa kimia beracun, virus.

Mekanisme variabilitas lainnya adalah rekombinasi gen. Proses ini terjadi selama reproduksi seksual pada organisme tingkat tinggi. Dalam hal ini, tidak ada perubahan jumlah total informasi genetik.

Mekanisme variabilitas lainnya baru ditemukan pada tahun 1950-an. Ini adalah rekombinasi gen non-klasik, di mana terjadi peningkatan umum dalam volume informasi genetik karena masuknya elemen genetik baru ke dalam genom sel. Paling sering, unsur-unsur ini dimasukkan ke dalam sel oleh virus.

2. Tingkat seluler. Saat ini, ilmu pengetahuan telah secara andal menetapkan bahwa unit terkecil yang independen dari struktur, fungsi, dan perkembangan organisme hidup adalah sel, yang merupakan sistem biologis dasar yang mampu memperbarui diri, memperbanyak diri, dan berkembang. Sitologi adalah ilmu yang mempelajari sel hidup, strukturnya, fungsinya sebagai sistem dasar kehidupan, mempelajari fungsi komponen seluler individu, proses reproduksi sel, adaptasi terhadap kondisi lingkungan, dll. Sitologi juga mempelajari ciri-ciri sel khusus, pembentukan fungsi khusus mereka dan pengembangan struktur seluler tertentu. Jadi, sitologi modern disebut fisiologi sel.

Kemajuan signifikan dalam studi sel terjadi pada awal abad ke-19, dengan ditemukannya dan deskripsi inti sel. Berdasarkan penelitian tersebut, lahirlah teori sel yang menjadi peristiwa terbesar dalam biologi abad ke-19. Teori inilah yang menjadi landasan perkembangan embriologi, fisiologi, dan teori evolusi.

Bagian terpenting dari semua sel adalah nukleus, yang menyimpan dan mereproduksi informasi genetik dan mengatur proses metabolisme di dalam sel.

Semua sel dibagi menjadi dua kelompok:

Prokariota adalah sel tanpa inti

Eukariota - sel yang mengandung inti

Mempelajari sel hidup, para ilmuwan menarik perhatian pada keberadaan dua jenis utama nutrisi, yang memungkinkan semua organisme dibagi menjadi dua jenis:

Autotrofik - menghasilkan nutrisi yang mereka butuhkan sendiri

· Heterotrofik – tidak dapat hidup tanpa makanan organik.

Belakangan, faktor-faktor penting seperti kemampuan organisme untuk mensintesis zat-zat yang diperlukan (vitamin, hormon), menyediakan energi bagi dirinya sendiri, ketergantungan pada lingkungan ekologi, dll pendekatan sistematis untuk mempelajari kehidupan pada tingkat ontogenetik.

3. Tingkat ontogenetik. Organisme multiseluler. Tingkat ini muncul sebagai akibat dari pembentukan organisme hidup. Unit dasar kehidupan adalah individu, dan fenomena dasarnya adalah entogenesis. Fisiologi mempelajari fungsi dan perkembangan organisme hidup multiseluler. Ilmu ini mengkaji mekanisme kerja berbagai fungsi makhluk hidup, hubungannya satu sama lain, pengaturan dan adaptasi terhadap lingkungan luar, asal usul dan pembentukan dalam proses evolusi dan perkembangan individu individu. Intinya, inilah proses entogenesis - perkembangan tubuh sejak lahir sampai mati. Pada saat yang sama, terjadi pertumbuhan, pergerakan struktur individu, diferensiasi dan komplikasi organisme.

Semua organisme multiseluler terdiri dari organ dan jaringan. Jaringan adalah sekelompok sel yang bersatu secara fisik dan zat antar sel untuk melakukan fungsi tertentu. Studi mereka adalah subjek histologi.

Organ adalah unit fungsional yang relatif besar yang menyatukan berbagai jaringan menjadi kompleks fisiologis tertentu. Pada gilirannya, organ adalah bagian dari unit yang lebih besar - sistem tubuh. Diantaranya adalah sistem saraf, pencernaan, kardiovaskular, pernafasan dan lainnya. Hanya hewan yang memiliki organ dalam.

4. Tingkat populasi-biocenotic. Ini adalah tingkat kehidupan supraorganisme, yang unit dasarnya adalah populasi. Berbeda dengan populasi, spesies adalah kumpulan individu-individu yang mempunyai kesamaan struktur dan sifat fisiologis, mempunyai asal usul yang sama, serta dapat dengan bebas kawin silang dan menghasilkan keturunan yang fertil. Suatu spesies hanya ada melalui populasi yang mewakili sistem yang terbuka secara genetik. Biologi populasi adalah studi tentang populasi.

Istilah “populasi” diperkenalkan oleh salah satu pendiri genetika, V. Johansen, yang memberi nama ini pada kumpulan organisme yang secara genetik heterogen. Belakangan, populasi mulai dianggap sebagai suatu sistem integral yang terus berinteraksi dengan lingkungan. Populasi adalah sistem nyata di mana spesies organisme hidup ada.

Populasi adalah sistem yang secara genetik terbuka, karena isolasi populasi tidak bersifat mutlak dan pertukaran informasi genetik secara berkala tidak mungkin dilakukan. Populasilah yang bertindak sebagai unit dasar evolusi; perubahan dalam kumpulan gen mereka menyebabkan munculnya spesies baru.

Populasi yang mampu hidup mandiri dan bertransformasi disatukan dalam agregat tingkat supraorganisme berikutnya - biocenosis. Biocenosis adalah sekumpulan populasi yang mendiami suatu wilayah tertentu.

Biocenosis adalah sistem yang tertutup bagi populasi asing; bagi populasi penyusunnya, ini adalah sistem terbuka.

5. Tingkat biogeosetonik. Biogeocenosis adalah sistem stabil yang dapat bertahan lama. Keseimbangan dalam suatu sistem kehidupan bersifat dinamis, yaitu mewakili gerakan konstan di sekitar titik stabilitas tertentu. Agar fungsinya stabil, diperlukan hubungan umpan balik antara subsistem kontrol dan eksekusi. Cara menjaga keseimbangan dinamis antara berbagai elemen biogeocenosis, yang disebabkan oleh reproduksi massal beberapa spesies dan berkurangnya atau hilangnya spesies lain, yang mengakibatkan perubahan kualitas lingkungan, disebut bencana lingkungan.

Biogeocenosis adalah sistem pengaturan mandiri yang integral di mana beberapa jenis subsistem dibedakan. Sistem primer adalah produsen yang secara langsung memproses benda mati; konsumen - tingkat sekunder di mana materi dan energi diperoleh melalui penggunaan produsen; kemudian datanglah konsumen urutan kedua. Ada juga pemulung dan pengurai.

Siklus zat melewati tingkat-tingkat ini dalam biogeocenosis: kehidupan berpartisipasi dalam penggunaan, pemrosesan, dan pemulihan berbagai struktur. Dalam biogeocenosis terjadi aliran energi searah. Hal ini menjadikannya sistem terbuka, terus terhubung dengan biogeocenosis di sekitarnya.

Pengaturan mandiri biogeosel semakin berhasil jika jumlah elemen penyusunnya semakin beragam. Stabilitas biogeocenosis juga bergantung pada keanekaragaman komponennya. Hilangnya satu atau lebih komponen dapat menyebabkan ketidakseimbangan yang tidak dapat diubah dan matinya komponen tersebut sebagai suatu sistem yang integral.

6. Tingkat biosfer. Ini adalah tingkat pengorganisasian kehidupan tertinggi, yang mencakup semua fenomena kehidupan di planet kita. Biosfer adalah materi hidup di planet ini dan lingkungan yang diubah olehnya. Metabolisme biologis merupakan faktor yang menyatukan semua tingkat organisasi kehidupan lainnya ke dalam satu biosfer. Pada tingkat ini terjadi peredaran zat dan transformasi energi yang terkait dengan aktivitas vital seluruh makhluk hidup yang hidup di Bumi. Dengan demikian, biosfer adalah suatu sistem ekologi tunggal. Mempelajari fungsi sistem ini, struktur dan fungsinya merupakan tugas terpenting biologi pada tingkat kehidupan tertentu. Ekologi, biocenologi dan biogeokimia mempelajari masalah-masalah ini.

Perkembangan doktrin biosfer terkait erat dengan nama ilmuwan terkemuka Rusia V.I. Vernadsky. Dialah yang berhasil membuktikan hubungan antara dunia organik planet kita, yang bertindak sebagai satu kesatuan yang tak terpisahkan, dan proses geologis di Bumi. Vernadsky menemukan dan mempelajari fungsi biogeokimia makhluk hidup.