Экология: биология взаимодействия. 1.13. (дополнение) Универсальные свойства биосистем

Українська мова (найновіша версія) / Русский язык (обновление прекращено)

1.12. (дополнение) Модели, их ограничения и опасности

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия Глава 1. Экология и биосистемы, которые она изучает

1.14. (дополнение) В чем искать причины особенностей биосистем?

1.13. (дополнение) Универсальные свойства биосистем

При всей специфичности биосистем разных уровней, для них можно выделить ряд универсальных свойств. Назовем некоторые из них.

Определенный состав и упорядоченность. Все биосистемы характеризуются высокой упорядоченностью, которая может поддерживаться только благодаря протекающим в них процессам. В состав всех биосистем, лежащих выше молекулярного уровня, входят определенные органические вещества, некоторые неорганические соединения, а также большое количество воды. Упорядоченность клетки проявляется в том, что для нее характерен определенный набор клеточных компонентов, а упорядоченность биогеоценоза — в том, что в его состав входят определенные функциональные группы организмов и связанная с ними неживая среда.

Иерархичность организации. Как рассматривалось в пункте 1.05, жизнь проявляет себя одновременно на многих уровнях организации, каждый из которых имеет свои особенности.

Обмен веществ — важнейшая особенность функционирования биосистем. Это совокупность происходящих в них химических преобразований и перемещений веществ. На клеточном и организменном уровнях обмен веществ связан с питанием, газообменом и выделением, а, например, на биогеоценотическом — с круговоротом веществ и их перемещением между разными биогеоценозами.

Поток энергии через биосистемы тесно связан с их обменом веществ. Благодаря тому, что атомы вещества в ходе их преобразований не изменяются, вещество может совершать круговорот в живых системах. Энергия, в соответствии со вторым началом термодинамики, при превращениях частично рассеивается (переходит в форму тепла), и поэтому живые системы существуют только в условиях текущего через них потока энергии из внешнего источника. Для биосферы в целом таким источником является Солнце.

Способность к развитию. Все биосистемы возникают и совершенствуются в ходе эволюции. Эволюция на молекулярном уровне привела к возникновению организмов; благодаря эволюции популяций меняются характерные свойства организмов и всех входящих в их состав систем. Изменение биогеоценозов и биосферы также связано с их способностью к эволюции. Развитие отдельного организма называется онтогенезом; эволюционная история вида — филогенезом; развитие биоценозов на одном участке — сукцессией.

Приспособленность — соответствие между особенностями биосистем и свойствами среды, с которой они взаимодействуют. Приспособленность не может быть достигнута раз и навсегда, так как среда непрерывно меняется (в том числе благодаря воздействию биосистем и их эволюции). Поэтому все живые системы способны отвечать на изменения среды и вырабатывать приспособления ко многим из них. Результатом способности живых систем вырабатывать приспособления является поражающее воображение совершенство и целесообразность живых организмов и жизни в целом. Долгосрочные приспособления биосистем осуществляются благодаря их эволюции. Краткосрочные приспособления клеток и организмов обеспечиваются благодаря их раздражимости — свойству реагировать на внешние или внутренние воздействия. Определенным образом отвечают на изменения и биосистемы всех других уровней, что позволяет говорить, что они находятся в состоянии обмена информацией со средой.

Саморегуляция. Биосистемы находятся в состоянии постоянного обмена веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Например, клетки и организмы благодаря саморегуляции поддерживают постоянство своей внутренней среды (гомеостаз), а биогеоценозы поддерживают свой видовой состав и определенные свойства неживой среды. Поддержание постоянства свойств биосистем обеспечивается благодаря отрицательным обратным связям, а их изменение и развитие — благодаря положительным обратным связям.

Динамичность (состояние непрерывных изменений). Жизнедеятельность на всех уровнях организации биосистем связана с обменом веществ и информации, а также потоком энергии. При этом каждая биосистема, начиная от клеточного уровня, является не столько структурой, сколько процессом. Так, клетка остается сама собой, несмотря на то, что в результате обмена веществ сменяются образующие ее вещества. Популяция существует, несмотря на то, что гибнут и появляются входящие в ее состав особи. Для клеток и организмов характерным проявлением динамичности является подвижность — способность к изменению положения и формы самой системы и ее частей.

Целостность (интегрированность) — необходимое условие для рассмотрения того или иного объекта как системы. Это результат взаимосвязи и взаимозависимости частей биосистем, основа возникновения у системы эмергентных свойств. Системы разных уровней отличаются по степени взаимозависимости своих частей. К примеру, в состав клетки должен входить совершенно определенный состав компонентов, строго соответствующих друг другу (если митохондрия синтезирует не все свои белки, то ядро обязательно должно управлять синтезом недостающих, и вполне соответствующих имеющимся в митохондрии). Организм состоит из определенного комплекта органов. Биогеоценоз тоже состоит из определенного набора компонентов (например, автотрофов и гетеротрофов), но их состав оказывается в большой мере заменяемым. Раз связи подсистем в клетке и организме являются более жесткими (свойства одной подсистемы требуют строго определенных характеристик другой подсистемы) чем в биогеоценозе, клетку и организм можно считать более целостными. На биогеоценотическом и биосферном уровне в состав биосистем входят как живые, так и неживые компоненты (впрочем, неживые компоненты, например отмершие ткани, могут входить и в состав организмов, а также биосистем других уровней).

Уникальность. Все биосистемы, начиная от клеточного уровня, неповторимы и отличаются от аналогичных систем. Например, имеющие идентичную наследственную информацию организмы (однояйцовые близнецы, клоны и т.д.) обладают неповторимой индивидуальностью, зависящей от бесконечно разнообразных особенностей воздействия на них среды и саморегуляции в ходе развития.

Способность к воспроизводству биосистем обеспечивает устойчивость жизни во времени. Биомолекулы синтезируются клеткой; клетки (и даже некоторые структуры эукариотической клетки) воспроизводятся путем деления. На организменном уровне воспроизводство обеспечивается благодаря размножению. Преемственность поколений на организменном (а также на клеточном) уровне обеспечивается наследственностью, а возможность эволюции — изменчивостью. Воспроизводство популяций, биогеоценозов (а быть может и биосферы) обеспечивается не только размножением организмов, но и благодаря их способности к расселению.

 

Українська / Русский

1.12. (дополнение) Модели, их ограничения и опасности	Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия Глава 1. Экология и биосистемы, которые она изучает	1.14. (дополнение) В чем искать причины особенностей биосистем?