Екологія: біологія взаємодії. I-11. (доповнення) Універсальні властивості біосистем

I-11. (доповнення) Універсальні властивості біосистем

Попри усю специфічність біосистем різних рівнів, для них можна виділити ряд універсальних властивостей. Назвемо деякі з них.

Певний склад і впорядкованість. Всі біосистеми характеризуються високою впорядкованістю, яка може підтримуватися тільки завдяки процесам, що в них протікають. До складу усіх біосистем, що лежать вище молекулярного рівня, входять певні органічні речовини, деякі неорганічні сполуки, а також велика кількість води. Впорядкованість клітини проявляється в тому, що для неї характерний певний набір клітинних компонентів, а впорядкованість біогеоценозу — в тому, що до його складу входять певні функціональні групи організмів і пов'язане з ними неживе середовище.

Ієрархічність організації. Як буде докладніше розглянуто в наступному пункті, життя проявляє себе одночасно на багатьох рівнях організації, кожен з яких має свої особливості.

Обмін речовин — найважливіша особливість функціонування біосистем. Це сукупність хімічних перетворень і переміщень речовин, що в них відбуваються. На клітинному та організмовому рівнях обмін речовин пов'язаний з живленням, газообміном і виділенням, а, наприклад, на біогеоценотичному — з колообігом речовин та їх переміщенням між різними біогеоценозами.

Потік енергії через біосистеми тісно пов'язаний з їх обміном речовин. Завдяки тому, що атоми речовини в ході їх перетворень не змінюються, речовина може здійснювати колообіг в живих системах. Енергія, відповідно до другого початку термодинаміки, при перетвореннях частково розсіюється (переходить у форму тепла), і тому живі системи існують лише в умовах потоку енергії із зовнішнього джерела, що йде через них. Для біосфери в цілому таким джерелом є Сонце.

Здатність до розвитку. Всі біосистеми виникають і удосконалюються в ході еволюції. Еволюція на молекулярному рівні призвела до виникнення організмів; завдяки еволюції популяцій змінюються характерні властивості організмів і всіх систем у їх складі. Зміна біогеоценозів і біосфери також пов'язана з їх здатністю до еволюції. Розвиток окремого організму називається онтогенезом; еволюційна історія виду — філогенезом; розвиток біоценозів на одній ділянці — сукцесією.

Пристосованість — відповідність між особливостями біосистем і характерним для них способом взаємодії із середовищем. Пристосованість не може бути досягнута раз і назавжди, через те що середовище безперервно змінюється (в тому числі завдяки впливу біосистем та їх еволюції). Тому всі живі системи здатні відповідати на зміни середовища та виробляти пристосування до багатьох із них. Результатом здатності живих систем виробляти пристосування є дивовижна досконалість і доцільність живих організмів і життя в цілому. Довгострокові пристосування біосистем здійснюються завдяки їх еволюції. Короткострокові пристосування клітин і організмів забезпечуються завдяки їх подразливості — властивості реагувати на зовнішні або внутрішні впливи. Певним чином відповідають на зміни та біосистеми всіх інших рівнів, що дозволяє говорити, що вони знаходяться у стані обміну інформацією з середовищем.

Саморегуляція. Біосистеми перебувають у стані постійного обміну речовиною, енергією та інформацією з навколишнім середовищем. Наприклад, клітини та організми завдяки саморегуляції підтримують сталість свого внутрішнього середовища (гомеостаз), а біогеоценози підтримують свій видовий склад і певні властивості неживого середовища. Підтримання сталості властивостей біосистем забезпечується завдяки негативним зворотним зв'язкам, а їх зміна і розвиток — завдяки позитивним зворотним зв'язкам.

Динамічність (стан безперервних змін). Життєдіяльність на всіх рівнях організації біосистем пов'язана з обміном речовин та інформації, а також потоком енергії. При цьому кожна біосистема, починаючи від клітинного рівня, є не стільки структурою, скільки процесом. Так, клітина залишається сама собою, попри те, що в результаті обміну речовин змінюються речовини, що її утворюють. Популяція існує, всупереч тому, що особини у її складі гинуть. Для клітин і організмів характерним проявом динамічності є рухливість — здатність до зміни положення і форми самої системи та її частин.

Цілісність (інтегрованість) — необхідна умова для розгляду того чи іншого об'єкта як системи. Це результат взаємозв'язку і взаємозалежності частин біосистем, основа виникнення у системи емергентних властивостей. Системи різних рівнів відрізняються за ступенем взаємозалежності своїх частин. Наприклад, до складу клітини повинен входити абсолютно визначений склад компонентів, строго відповідних один одному (якщо мітохондрія синтезує не всі свої білки, то ядро обов'язково має управляти синтезом відсутніх, і цілком відповідних тим, що наявні в мітохондрії). Організм складається з певного комплекту органів. Біогеоценоз теж складається з певного набору компонентів (наприклад, автотрофів і гетеротрофів), але їх склад виявляється у великій мірі замінним. Раз зв'язки підсистем в клітині та організмі є більш жорсткими (властивості однієї підсистеми вимагають строго певних характеристик іншої підсистеми) ніж в біогеоценозі, клітину та організм можна вважати більш цілісними. На біогеоценотичному і біосферному рівні до складу біосистем входять як живі, так і неживі компоненти (втім, неживі компоненти, наприклад відмерлі тканини, можуть входити й до складу організмів, а також біосистем інших рівнів).

Унікальність. Всі біосистеми, починаючи від клітинного рівня, неповторні та відрізняються від аналогічних систем. Наприклад, навіть організми, що мають ідентичну спадкову інформацію (однояйцеві близнюки, клони й таке інше), мають неповторну індивідуальність, що залежить від нескінченно різноманітних особливостей впливу на них середовища та саморегуляції в ході розвитку.

Здатність до відтворення біосистем забезпечує стійкість життя в часі. Біомолекули синтезуються клітиною; клітини (і навіть деякі структури еукаріотичної клітини) відтворюються шляхом поділу. На організмовому рівні відтворення забезпечується завдяки розмноженню. Наступність поколінь на організмовому (а також на клітинному) рівні забезпечується спадковістю, а можливість еволюції — мінливістю. Відтворення популяцій, біогеоценозів (а може, й біосфери) забезпечується не тільки розмноженням організмів, а й завдяки їх здатності до розселення.