Что такое биологические системы? Биологические системы: признаки, свойства, организация

Концепция системной многоуровневой организации жизни — одна из ключевых в современном естествознании. Все биологические объекты, согласно ей, объединяются на основе некоторых признаков и тесных взаимоотношений и выстраиваются в определенном иерархическом порядке. Схожие принципы универсальны для всей природы в целом. Знакомство с тем, что такое биологические системы, лучше начать с определения ключевого понятия.

Всеобъемлющая теория

Основы концепции были заложены в середине прошлого столетия Людвигом фон Берталанфи. Именно он разработал общую теорию систем. Она охватывает все объекты природы и общества. Теория выделяет биологические, социальные, космические, физические, экономические и прочие системы, объединяющиеся в три крупные категории: микромир, макромир и мегамир. К первому относятся элементарные частицы и атомы, ко второму — все, от молекул до океанов и материков, к третьему — космические объекты. Макромир включает и живые системы.

Основное понятие

Система — объединение элементов, базирующееся на определенных взаимоотношениях, подчиненных некоторым законам. Организация подобной структуры, как правило, состоит из нескольких упорядоченных уровней. При этом каждый элемент может одновременно быть и системой менее высокого порядка. Важное свойство подобной организации: целое качественно отлично от суммы всех своих составляющих. Система - не просто набор характеристик элементов, она отличается неким новым качеством.

Все объекты живого мира представляют собой подобные структуры. Причем качеством, возникающим в результате объединения нескольких элементов, становится новое проявление жизни.

Открытые

Понимание того, что такое биологические системы, требует описания еще одного свойства подобных структур. Это взаимодействие с окружающей средой. В теории организация биологических систем может быть как замкнутой, так и открытой. На практике ученым не известно ни одной полностью закрытой структуры. Любая живая система постоянно взаимодействует с окружающей средой через некоторую полупроницаемую пограничную оболочку. У клеток — это билипидная мембрана, у космической станции — обшивка. Социальные системы объединяются посредством законодательных актов или определенных взаимоотношений людей.

Получается, ответ на вопрос «Что такое биологические системы?» можно сформулировать следующим образом: это совокупность постоянно взаимодействующих живых элементов, выстроенная в определенном иерархическом порядке и открытая в той или иной степени для обмена с окружающей средой.

Признаки

Все отличительные характеристики рассматриваемых структур — это одновременно и критерии отличия живой природы от неживой. Назовем признаки биологических систем с их краткой характеристикой:

1. Единый химический состав. Все природные объекты построены из одних и тех же молекул. Однако живая материя в качестве основных элементов включает углерод, азот, кислород и водород.
2. Обмен веществ со средой. Это уже описанное свойство открытости системы. Одно из его проявлений — энергозависимость подобных структур.
3. Самовоспроизведение (размножение).
4. Наследственность — свойство передавать особенности строения и функционирования из поколения в поколение.
5. Изменчивость — свойство приобретать в течение жизни новые характеристики и навыки.
6. Рост и развитие. Представляют собой направленное необратимое изменение. Выделяют индивидуальное и историческое развитие живых систем, называемые онтогенезом и филогенезом соответственно.
7. Раздражимость (рефлексы, таксисы) — свойство реагировать на стимулы и изменения окружающей среды.
8. Дискретность. Любая живая система состоит из отдельных, но взаимодействующих элементов, образующих иерархическую структуру.
9. Саморегуляция. Существуют внутренние механизмы поддержания гомеостаза, способствующие выживаемости системы. Саморегуляция основана на принципе отрицательной обратной связи.
10. Ритмичность. Усиление и ослабление различных процессов через равные промежутки времени.

Уровни организации биологических систем

Все описанные свойства сохраняются на любой ступени иерархической структуры. Основные уровни организации биологических систем выделяются достаточно условно, поскольку любой из них легко разделить на несколько составляющих. В общем случае говорят о четырех ступенях этой иерархии:

• молекулярно-генетический уровень;
• онтогенетический уровень;
• популяционно-видовой уровень;
• биогеоценотический уровень.

Остановимся на них подробнее.

Молекулярно-генетический уровень

Такие макромолекулы, как белки, липиды, углеводы и нуклеиновые кислоты, представляют собой структурные элементы организмов, но сами по себе не являются носителями полноценной жизни.

Каждый из названных элементов выполняет свои функции. Углеводы — источник энергии. Липиды входят в состав плазматической мембраны клеток. Также они являются поставщиком энергии. Белки выполняют большую часть жизненных функций. Они состоят из двадцати разновидностей аминокислот, которые могут чередоваться в произвольном порядке. В результате существует огромное количество белков, способных справляться с самой разной работой. Нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК, — основа наследственности.

Макромолекулы объединяются в комплексы, образуя органоиды клетки: рибосомы, митохондрии, миофибриллы и так далее. Все они отвечают за отдельные биологические проявления, однако не достигают того уровня сложности, который можно назвать жизнью.

Следующая ступень

Какие биологические системы составляют онтогенетический уровень? Это все организмы, начиная от одноклеточных и заканчивая млекопитающими и человеком, а также органы, ткани и клетки тела. Все названные элементы могут рассматриваться как отдельные уровни организации биологических систем, однако для удобства и в силу общих закономерностей они объединены.

Клетка — элементарная структурная единица строения организмов. Она же представляет собой тот уровень сложности биологической системы, на котором впервые возникает жизнь как явление. Как уже было сказано, более простые структуры обеспечивают лишь отдельные функции. Клетке же присущи все свойства биологических систем.

Ткани и органы — промежуточные подуровни онтогенетической ступени. За ними идет многоклеточный организм. Он характеризуется способностью к самостоятельному существованию, развитию и размножению. Это свойство отличает особь и клетку от органов и тканей.

Популяция и вид

От ступени к ступени происходит усложнение биологических систем. На следующем уровне располагаются виды и популяции. Первые представляют собой совокупность особей, характеризующихся наследственным сходством по целому ряду параметров: морфология, физиология, генетика, географическое размещение. И самое главное: организмы, составляющие вид, способны свободно скрещиваться и оставлять плодовитое потомство.

Группа особей занимает определенную территорию, которую называют ареалом обитания. Достаточно часто он бывает разорван различными географическими препятствиями. В результате вид распадается на несколько относительно изолированных популяций. Естественно, что условия отъединения от остального вида способствуют накоплению определенного генетического материала. При сильном расхождении признаков популяций появляются новые виды.

Экосистемы

В иерархической лестнице за популяциями и видами следует сообщество, биогеоценоз и биосфера. Первое представляет собой совокупность популяций разных видов, размещающихся на одной территории. Выделяют растительные, животные и микробные сообщества. Их совокупность в пределах одного ареала будет называться биоценозом. Эти уровни биологических систем характеризуются тесной взаимосвязью всех особей.

Условия, в которых существуют организмы, постоянно влияют на них. Всю совокупность подобных факторов неживой природы данного ареала принято называть биотопом. Среда и сообщества организмов пребывают в постоянном взаимодействии, происходит круговорот вещества и энергии. Поэтому биотоп и биоценоз объединяют в биогеоценоз, или экосистему. Этот уровень также характеризуется всеми особенностями живого: он постоянно контактирует со средой, управление в нем происходит по принципу саморегуляции, процессы подчиняются определенным циклам.

На высшей ступени иерархии размещает биосфера Земли — оболочка, населенная живыми существами. Огромное влияние на нее оказывает деятельность человека, что все чаще приводит к возникновению экологических катастроф.

Что такое биологические системы? По сути, это все то живое, что нас окружает. Человек отличается от других элементов в биосфере возможностью осознавать, а значит, перенаправлять и изменять свою деятельность. Пока эта способность Homo sapiens работает против природы. Однако именно благодаря ей у нас есть шанс все исправить.