Экология: биология взаимодействия. 1.05. Уровни организации биосистем

Українська / Русский

1.04. История экологии

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 1. Экология и биосистемы, которые она изучает

1.06. Подходы к изучению биосистем 

1.05. Уровни организации биосистем

Вся живая материя восстает перед нами как одно целое, как один огромный организм, заимствующий свои элементы из резервуара неорганической природы, целесообразно управляющий всеми процессами своего прогрессивного и регрессивного метаморфоза и, наконец, отдающий снова всё заимствованное назад мертвой природе.
С.Н. Виноградский. Лекция перед императорской семьей 8 декабря 1896 г.

Экология рассматривает взаимосвязи со средой обитания живых систем: организмов, популяций, экосистем, биосферы. Чтобы разобраться в разнообразии этих биосистем, необходимо рассмотреть само понятие «система». Оно происходит от греческого systema — составленное из частей; соединение. По одному из самых простых, но вполне пригодных для данного случая определений система есть упорядоченное целое, состоящее из взаимосвязанных частей.

Аристотелю, «отцу всех наук», принадлежит афоризм: «целое больше суммы своих частей». Что он имел в виду? Ясно, что в некоторых случаях (например, при сложении) целое как раз и является суммой своих частей! Например, вес компьютера в точности равен весу всех его комплектующих. Но обладают ли комплектующие компьютера, взятые по отдельности, способностью обрабатывать данные, преобразовывать и воспроизводить изображения, принимать и передавать информацию? Естественно, эти качества детали компьютера приобретают, только будучи соединены определенным образом. Именно поэтому, давая определение системы, мы подчеркнули, что она является упорядоченным целым.

Итак, свойства систем можно разделить на две группы: те, которые являются суммой свойств ее частей, и те, которые возникают у системы, как у единого целого. Назовем эти свойства. Аддитивные свойства системы (лат. additio — прибавление) являются суммой свойств ее частей. Качественно новые свойства системы называются эмергентными (лат. emergere — всплывать, появляться). Зачастую английское прилагательное «emergent» передают по-русски как «эмерджентный», что не соответствует сложившейся традиции передачи буквы «g» в терминах: мы ведь говорим и пишем «ген», а не «джен», несмотря на английское «gen»!

Биологические системы организованны иерархически, и на каждом уровне осуществляется регуляция, использующая сходные принципы. В конце XX века получил развитие системный подход, идущий от Людвигу фон Берталанфи. Он основан на том, что системы, состоящие из сходно взаимосвязанных частей, имеют сходные целостные (эмергентные) свойства.

Сравнивая системы разного уровня, можно увидеть между ними много общего, а можно и найти черты специфичности каждого из уровней. Осмысление этих закономерностей вылилось в концепцию структурных уровней организации биосистем, которая начала развиваться в 30-х годах XX века, а окончательно сложилась в 60-х годах. Так, принято выделять следующие уровни организации биосистем: молекулярный — (генный) — (субклеточный) — клеточный — (органно-тканевой) — (функциональных систем) — организменный — популяционный — биогеоценотический — биосферный. В приведенном списке уровни, взятые в скобки, можно считать относительно менее важными, чем уровни без скобок.

Различные уровни биосистем следует выделять потому, что каждый из уровней характеризуется свойствами, отсутствующими на нижележащих уровнях. Универсальный перечень уровней организации биосистем составить невозможно. В зависимости от того, какие биосистемы и с какой точки зрения изучаются, надо выделять больше или меньше уровней, на каждом из которых возникают какие-то эмергентные свойства. Целесообразно выделять такое число уровней, чтобы каждому из них были присущи свойства, изучение которых на нижележащем и вышележащем уровнях невозможно. Полное изучение системы должно включать также изучение вышестоящих- и нижележащих систем («надсистем» и подсистем).

Так, демографическая структура популяции отсутствует на уровне отдельного организма, а феномен человеческого сознания отсутствует на уровне отдельных структур мозга. Феномен жизни возникает на клеточном уровне, а феномен потенциального бессмертия — на популяционном. Организм является единицей естественного отбора. Специфика биогеоценотического уровня связана с составом его компонентов и круговоротом веществ (сопровождающимся потоками энергии и информации), а биосферного уровня — с замкнутостью круговоротов веществ. Примеры эмергентных свойств некоторых биосистем приведены в таблице 1.5.1.

 

Таблица 1.5.1. Примеры биосистем различных уровней и их эмергентных свойств

Уровень

Пример

Эмергентные свойства

Молекулярный

Молекула белка

Обладает характерной конформацией, способна к выполнению определенных функций в клетке

Клеточный

Клетка

Обладает основными свойствами живых систем: способна к обмену веществ, размножению и т.д. У одноклеточных обладает свойствами организма, у многоклеточных предназначена для выполнения определенной функции

Органно-тканевой

Нейронная сеть

Управляет клеточной жизнедеятельностью (делением, обменом веществ, функциональной активностью). Способна к обработке информации и выполнению определенных кибернетических функций

Организменный

Особь

Является единицей естественного отбора: как целое гибнет или выживает и размножается. Обладает индивидуальностью, возникающей в результате онтогенеза

Популяционный

Популяция раздельнополых организмов

Обладает потенциальным бессмертием и способностью к эволюции. Характеризуется определенной половозрастной, пространственной, генетической, иерархической структурой

Биогеоценотический

Биогеоценоз

Способен к развитию (сукцессии), осуществляет частично замкнутый круговорот веществ

Биосферный

Биосфера

Осуществляет замкнутые биогеохимические циклы (с учетом обмена веществом с космосом и земными недрами). Регулирует некоторые свойства планеты (гипотеза Геи). Способна к биосферной эволюции

Выделение надорганизменных структурных уровней биосистем может производиться по двум различным принципам. С экологической (функционально-энергетической) точки зрения, популяция является частью биогеоценоза, а он — частью биосферы. Этот подход в основном соответствует экологическому определению популяции. С филетической (связанной с филами — эволюционными ветвями), т.е. генетико-эволюционной точки зрения, популяция является частью вида и надвидовых таксонов (что соответствует генетическому подходу к определению популяции, см. пункт 4.1).

 

Дополнительные материалы:

Учебная модель: Уровни биосистем

Колонка: Многоуровневые лягушки

 

Українська / Русский

1.04. История экологии

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 1. Экология и биосистемы, которые она изучает

1.06. Подходы к изучению биосистем 

 

Комментарии

Дело пишет автор, такие тематические обзоры довольно интересно почитать.

Согласен, полезная статья