Какие свойства биосистем используются для характеристики

Весь окружающий нас мир – это совокупность природных факторов и антропогенного воздействия, что существуют и меняются на протяжении всей истории человечества. Энтропия разрывает этот мир, но он продолжает существовать в динамическом равновесии. В состоянии, которое очень легко нарушить, и при этом пострадают в первую очередь биосистемы. Что такое биосистема в биологии, каковы ее уровни и составляющие – тема данной статьи.

Академические термины

В систему объединяют функциональные элементы, которые связаны между собой и выполняют одну функцию как единое целое. Биологическая система – это совокупность упорядоченных, взаимодействующих и взаимозависимых живых структурных элементов. Они образуют единое целое как система ступеней, вытекающих одна из другой и выполняющих совместную функцию.

Фундамент и надстройка жизни

Способность всего живого из хаотичного теплового движения атомов и молекул создать порядок – это самая удивительная и глубокая особенность жизни. Фундаментальными свойствами жизни в биологии считают: способность живого к саморегуляции, самовоспроизведение и самообновление. К надстройке или необходимым атрибутам жизни относятся обмен веществ в организме и с окружающей средой (питание, выделение и дыхание), движение, раздражимость по принципу обратной связи, возможности адаптации, рост и развитие в процессе онтогенеза.

Основные свойства биосистемы

К основным свойствам относятся:

• Единство функционала (биохимического, физиологического).
• Целостность (сумма элементов не равна свойствам системы).
• Ступенчатость (система состоит из подсистем).
• Адаптация (способность к изменениям по принципу обратной связи).
• Динамическая устойчивость.
• Способность развиваться и самовоспроизводиться.

Уровни организации

Живая материя образует гомогенные системы со своим типом взаимодействий элементов, пространственным и временным масштабом процессов. Эти гомогенные биосистемы занимают свое место в системе живой материи. Основных уровней биосистем восемь:

• молекулярный;
• клеточный;
• тканевый;
• органный;
• онтогенетический или организменный;
• популяционный и видовой;
• экосистемный или биогеоценотический;
• биосферный.

Единство жизни

Все уровни перетекают один в другой, включаются друг в друга, переплетаются в единство всего живого на планете. Они символизируют многообразие жизненных форм и представляют собой единицы материи со своей спецификой процессов и проявлений. Жизнь возникла, существует и меняется в целостных биосистемах. Что такое биосистемы – это открытые системы, способные к росту и развитию, динамически устойчивые и самовоспроизводящиеся. Тогда как системы неживые – закрыты, статичны и склонны к деградации.

Изучение организации биосистем

Описание организации таких систем включает выделение подсистем или компонентов биосистемы. Далее исследуют все аспекты существования биосистем, а именно:

• Структура. Анализ организации структуры проводится с помощью метода классифицирования – многоступенчатого и последовательного разделения совокупности для получения знаний о составе, связях и устройстве системы.
• Функционал. Изучение функциональной структуры подразумевает определение функции, которую каждый компонент системы выполняет во всем процессе.
• Основные свойства биосистем. Это показатель сущности системы в отношениях с другими, их закономерные взаимосвязи.

По такой схеме опишем самые главные примеры биосистем.

Клетка – элементарный пример биосистемы

Структурной составляющей данной биосистемы является мембранный аппарат, цитоплазма, органеллы и нуклеотид (ядро). Базовый уровень – молекулярный. Функциональная составляющая данной системы – это согласованная работа всех структур. Основные свойства будут определяться структурно-функциональной спецификой цитоплазматической мембраны, цитоплазмы, органелл и ядра.

Организм как биосистема

На этом уровне на первое место выходят системы регуляции и приспособительные способности, как механизм сохранения целостности и упорядоченности в условиях изменяющихся условий жизни. Структурная организация различна (от безъядерных, одноклеточных до многоклеточных) и наиболее разнообразна. Базовый уровень – клетка. Функциональные особенности: дифференциация клеток, тканей, органов подразумевает более сложные уровни структурного состава; взаимозависимость дифференцированных элементов друг от друга; интеграция и внутренние связи подсистем. Основными свойствами на этом уровне будет общее усложнение и разнообразие свойств живой материи. Например, свойство материи к воспроизводству себе подобных на этом уровне представлено бесполым, половым и вегетативным способом размножения.

Популяционно-видовой уровень

Что такое биосистема на данном уровне – это единица эволюционного процесса, как движущей силы появления всего многообразия жизни на Земле. Именно в ключе эволюционного учения этот уровень становится основополагающим. Вид, как совокупность организмов, обладающая внешним и внутренним сходством, свободно скрещивающихся между собой (для панмиктичных видов) и дающих фертильное потомство, обитающих на определенной территории довольно длительный период времени и имеющих общих филогенетических предков – вот структурная единица данного уровня. Функциональная составляющая: индивидуальный приспособительный потенциал особи, внутривидовая конкуренция и естественный отбор. Вид – закрытая система в генетическом аспекте. Ведь именно порог не скрещиваемости с представителями других видов дает организмам видовую специфичность.

Биосфера – глобальная экосистема

Другой пример того, что такое биосистема, – биосфера, как система наивысшего порядка. Структурный компонент – биотический (живые организмы и продукты их жизнедеятельности) и абиотический (химические компоненты и физические условия). Элементарная единица структуры – биогеоценоз. Функциональный аспект – круговорот веществ в природе, наличие биохимических циклов, для которых характерны открытость и замкнутость. Главные функции биотического компонента – окислительно-восстановительная, концентрационная и газовая. Основные свойства – свойства живой материи.

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 8.12.1896 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. Биологические системы организованны иерархически, и на каждом уровне осуществляется регуляция, использующая сходные принципы. Получивший развитие в конце XX века системный подход, восходящий в своем развитии к Людвигу фон Берталанфи, связан с тем, 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. 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. 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)