Современное понимание организации жизни основывается на системном подходе, согласно которому живая природа существует в форме биосистем. Любая из живых природных систем является целостной совокупностью взаимосвязанных компонентов, выполняющих особые функции и обеспечивающих их единство. Все биосистемы является прерывистыми и отделенными друг от друга, имеют определенные размеры и структуру, длительность существования и специфические признаки.
Понятие биосистемы впервые сформулировал Карл Людвиг фон Берталанфи (1901-1972) — австрийский биолог, основатель обобщенной системной концепции, получившей название «Общая теория систем». Основная идея предложенной теории: законы, управляющие системами, — единые для различных систем. Такими закономерностями являются принципы обратной связи, единства, иерархии, эмергентности (внезапного появления), закон минимума и другие.
Основные биосистемы
Основными типами биосистем является клетка, организм, популяция, вид, экосистема и биосфера.
Клетка — биологическая система с наименьшими размерами и простой структурой. Основными компонентами клетки является поверхностный аппарат, цитоплазма и ядро (нуклеоид), построенные из молекул химических веществ и их соединений. Клетки являются основными элементами строения и жизнедеятельности всех живых организмов нашей планеты.
Организм — биологическая система, которая построена из клеток и благодаря системам регуляции и приспособительным механизмам может относительно самостоятельно существовать в определенной среде. Организмы делятся на одноклеточные, колониальные и многоклеточные. Именно эти биосистемы является самыми разнообразными формами живой природы.
Популяция — биологическая система из свободно скрещивающихся между собой организмов одного вида, проживающих длительное время на определенной территории и относительно изолированных от других таких же групп. Компонентами популяций является организмы, а сами популяции является структурной единицей видов. На уровне популяций начинаются эволюционные процессы, поэтому популяции являются элементарными единицами эволюции.
Вид — биологическая система из совокупности популяций, которым свойственны:
- морфофизиологической сходство;
- свободное внутривидовой скрещивания;
- образование плодовитого потомства;
- нескрещиваемость с другими видами;
- общая территория обитания — ареал;
- приспособленность к условиям существования в пределах ареала;
- общее происхождение.
Вид является основной формой организации жизни.
Экосистема — совокупность различных видов и среды их обитания, связанных обменом веществ, энергии и информации. В рамках биосистем этого ранга выделяют биотический (биоценоз) и абиотических (биотоп) компоненты, которые связаны между собой круговоротом веществ. Экосистемы существуют вследствие распределения функций между продуцентами, консументами и редуцентами.
Биосфера — биосистема высокого порядка, состав, структура и свойства которой определяются функционированием живых организмов. Это единственная глобальная экосистема Земли. Живой и неживой компоненты биосферы связаны между собой круговоротом веществ в виде биогеохимических циклов.
Итак, биологическая система — это совокупность взаимосвязанных компонентов, деятельность которых определяют их единство и существование в пространстве и времени.
Взаимосвязь уровней организации биосистем
Критерием для выделения уровней организации биосистем является степень сложности структуры, то есть расположение взаимосвязанных компонентов. Для характеристики уровней организации жизни применяют еще и такой критерий, как процесс (от лат. prōcēssus — перемещение, движение), что означает определенные закономерные функциональные изменения и явления. Выделять уровень организации целесообразно в том случае, если на нем возникают новые (эмергентные) свойства, при том, что их нет в системах более низкого уровня.
Представление о структурных уровнях организации сложилось в 20-х годах XX в. (Л. фон Берталанфи, Г. Ч. Браун), а в середине 40-х годов XX в. сформировалась теория уровней организации (Р. Джерард, А. Эмерсон) как конкретное выражение упорядоченности живого.
Как вы уже знаете, различают молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный (биогеоценотический) и биосферный уровни организации биосистем. При необходимости, которая определяется особенностями изучаемого объекта, можно выделять дополнительные уровни: тканевый, уровень органов, уровень систем органов, биоценотический уровень.
Молекулярный уровень жизни связан с организацией специфических для живых организмов органических соединений, их взаимодействием между собой и с неорганическими веществами. При этом происходят химические реакции и физические процессы преобразования энергии, веществ и информации. На молекулярном уровне организации находятся бесклеточные (вирусы, прионы, вироиды).
Клеточный уровень жизни представлен свободноживущими одноклеточными организмами и клетками многоклеточных организмов. Компонентами структуры клеток является вещества и их комплексы. На клеточном уровне происходят процессы разделения и передачи информации, стероидов и катаболизма.
Организменный уровень жизни определяется клетками у одноклеточных и колониальных организмов; тканями, органами и системами органов — у многоклеточных организмов. Элементарной единицей уровня являются отдельные клеточные организмы с определенными особенностями строения, жизнедеятельности (питание, дыхание, выделение, размножение и т.д.) и поведения.
Популяционно-видовой уровень жизни представлен популяциями и видами, которые являются надорганизменными биологическими системами. Структурными компонентами являются группы родственных особей, объединенные определенным генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой. На этом уровне формируются микро-эволюционные процессы адаптациогенеза, регуляции численности популяций, видообразования и тому подобное.
Экосистемный (биогеоценотический) уровень жизни представлен разнообразием природных и искусственных экосистем. Компонентами являются живые группировки (биоценозы) и условия среды обитания. На этом уровне осуществляются взаимодействие организмов разных популяций между собой, а также влияние экологических факторов, определяющих их численность, видовой состав и производительность.
Биосферный уровень жизни объединяет все экосистемы Земли. На этом уровне происходят биогенная миграция живого вещества, биологический круговорот веществ и превращения энергии.
Основой взаимосвязи всех уровней организации биосистем является потоки веществ, энергии и информации и принцип структурной иерархии систем, согласно которому любая биосистема является компонентом биосистемы высшего ранга, и, в свою очередь, состоит из подчиненных ей биосистем низшего ранга.
Итак, уровни организации биосистем — это определенный тип взаимодействия структурных и функциональных компонентов биологических систем.