Екологія: біологія взаємодії. 1.05. Рівні організації біосистем

Українська / Русский

1.04. Історія екології

Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії

Розділ 1. Екологія і біосистеми, які вона вивчає

1.06. Підходи до вивчення біосистем

1.05. Рівні організації біосистем

Вся жива матерія повстає перед нами як одне ціле, як один величезний організм, що запозичує свої елементи з резервуара неорганічної природи, доцільно керує всіма процесами свого прогресивного і регресивного метаморфозу і, нарешті, віддає знову все запозичене назад мертвій природі.
С. М. Виноградський. Лекція перед імператорською сім'єю 8 грудня 1896 р.

Екологія розглядає взаємозв'язки з середовищем існування живих систем: організмів, популяцій, екосистем, біосфери. Щоб розібратися в різноманітті цих біосистем, необхідно розглянути саме поняття «система». Воно походить від грецького systema — складене з частин; з'єднання. Згідно одного з найпростіших, але цілком придатних для даного випадку визначень система є впорядковане ціле, що складається з взаємопов'язаних частин.

Арістотелю, «батькові всіх наук», належить афоризм: «ціле більше суми своїх частин». Що він мав на увазі? Ясно, що в деяких випадках (наприклад, при додаванні) ціле якраз і є сумою своїх частин! Наприклад, вага комп'ютера в точності дорівнює вазі всіх його комплектуючих. Але чи здатні комплектуючі комп'ютера, взяті окремо, обробляти дані, перетворювати і відтворювати зображення, приймати і передавати інформацію? Звичайно, ціх якостей деталі комп'ютера набувають, тільки коли вони з'єднані певним чином. Саме тому, даючи визначення системи, ми підкреслили, що вона є впорядкованим цілим.

Отже, властивості систем можна розділити на дві групи: ті, які є сумою властивостей її частин, і ті, які виникають у системи, як у єдиного цілого. Назвемо ці властивості. Адитивні властивості системи (лат. additio — додаток) є сумою властивостей її частин. Якісно нові властивості системи називаються емергентними (лат. emergere — спливати, з'являтися). Найчастіше англійський прикметник «emergent» передають як «емерджентний», що не відповідає традиції передачі літери «g» у словах: адже ми говоримо і пишемо «ген», а не «джен», незважаючи на англійське «gen»!

Біологічні системи організовані ієрархічно, і на кожному рівні здійснюється регуляція, що використовує подібні принципи. В кінці XX століття отримав розвиток системний підхід, що пішов від Людвіга фон Берталанфі. Він заснований на том, що системи, побудовані з схоже взаємопов'язаних частин, мають подібні цілісні (емергентні) властивості.

Порівнюючи системи різного рівня, можна побачити між ними багато спільного, а можна і знайти риси специфічності для кожного з рівнів. Осмислення цих закономірностей вилилося в концепцію структурних рівнів організації біосистем, яка почала розвиватися в 30-х роках XX століття, а остаточно склалася в 60-х роках. Так, прийнято виділяти такі рівні організації біосистем: молекулярний — (генний) — (субклітинний) — клітинний — (органно-тканинний) — (функціональних систем) — організменний — популяційний — биогеоценотичний — біосферний. У наведеному списку рівні, взяті в дужки, можна вважати відносно менш важливими, ніж рівні без дужок.

Різні рівні біосистем слід виділяти тому, що кожен з них характеризується властивостями, відсутніми на рівнях, що лежать нижче. Універсальний перелік рівнів організації біосистем скласти неможливо. В залежності від того, які біосистеми і з якої точки зору вивчаються, треба виділяти більше або менше рівнів, на кожному з яких виникають якісні емергентні властивості. Доцільно виділяти таке число рівнів, щоб кожному з них були притаманні властивості, вивчення яких на нижчому і вищому рівнях було неможливим. Повне вивчення системи має включати також вивчення вище- і нижчележачих систем («надсистем» і підсистем).

Так, демографічна структура популяції відсутня на рівні окремого організму, а феномен людської свідомості відсутній на рівні окремих структур мозку. Феномен життя виникає на клітинному рівні, а феномен потенційного безсмертя — на популяційному. Організм є одиницею природного відбору. Специфіка біогеоценотичного рівня пов'язана зі складом його компонентів і кругообігом речовин (супроводжується потоками енергії та інформації), а біосферного рівня — з замкнутістю кругообігів речовин. Приклади емергентних властивостей деяких біосистем наведені в таблиці 1.5.1.

 

Таблиця 1.5.1. Приклади біосистем різних рівнів та їх емергентних властивостей

Рівень

Приклад

Емергентні властивості

Молекулярний

Молекула білка

Має певну конформацію, здатна до виконання своїх функцій у клітині

Клітинний

Клітина

Має основні властивості живих систем: здатна до обміну речовин, розмноження і т.д. У одноклітинних має властивості організму, у багатоклітинних призначена для виконання певної функції

Органно-тканинний

Нейронна мережа

Керує клітинною життєдіяльністю (поділом, обміном речовин, функціональною активністю). Здатна до обробки інформації та виконання певних кібернетичних функцій

Організмений

Особина

Є одиницею природного добору: як ціле гине або виживає й розмножується. Має індивідуальність, що виникає в результаті онтогенезу

Популяційний

Популяція роздільностатевих організмів

Є потенційно безсмертною і здатною до еволюції. Характеризується певною статевовіковою, просторовою, генетичною, ієрархічною структурою

Біогеоценотичний

Біогеоценоз

Здатний до розвитку (сукцесії), здійснює частково замкнутий кругообіг речовин

Біосферний

Біосфера

Здійснює замкнуті біогеохімічні цикли (з урахуванням обміну речовиною з космосом і земними надрами). Регулює деякі властивості планети (гіпотеза Геї). Здатна до біосферної еволюції

 

Виділення надорганізменних структурних рівнів біосистем може проводитися за двома різними принципами. З екологічної (функціонально-енергетичної) точки зору, популяція є частиною біогеоценозу, а він — частиною біосфери. Цей підхід в основному відповідає екологічному визначенню популяції. З філетичної (пов'язаної з філами — еволюційними гілками), тобто генетико-еволюційної точки зору, популяція є частиною виду і надвидових таксонів (що відповідає генетичному підходу до визначення популяції, див пункт 4.1).

 

Додаткові матеріали:

Учебная модель: Уровни биосистем

Колонка: Многоуровневые лягушки

 

Українська / Русский

1.04. Історія екології

Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії

Розділ 1. Екологія і біосистеми, які вона вивчає

1.06. Підходи до вивчення біосистем