Полная версия

Главная arrow География arrow БИОЛОГИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Биологические объекты как системы

В ключе системного подхода все биологические объекты условно подразделяются на два типа — корпускулярные (дискретные) и «жесткие» системы.

Корпускулярные (дискретные) системы состоят из множества относительно автономных и в определенной мере взаимозамсни- мых единиц. При этом связи между элементами множества могут быть слабыми или практически отсутствовать. Главным системообразующим фактором в данном случае является их отношение к среде, которое «заставляет» их вести себя сходным образом (особи в популяции, форменные элементы в потоке крови, клетки некоторых тканей, простые рефлексы, гены в генофонде вида). Системы такого типа отличаются большой пластичностью: в силу относительной независимости их элементы способны к разнообразным перемещениям, перестановкам и комбинаторике. Благодаря этим свойствам значительно облегчается приспособление систем к ненаправленно изменяющимся условиям окружающей среды. Поскольку прибавление или убыль определенного числа элементов не сказываются существенным образом на состоянии дискретных систем, процессы отбора (в том числе естественного) в них протекают наиболее эффективно (примеры: совокупность клеток крови, множество особей популяции).

«Жесткие» системы характеризуются жестко фиксированными (не в механическом, а в организационном смысле) связями между составляющими их элементами и подсистемами. При этом функциональная полноценность каждой части системы является необходимым условием функционирования системы в целом. Как правило, уровень организации таких систем (и в этом заключается одна из наиболее характерных их черт) значительно превосходит таковой составляющих их частей. Однако в плане гибкости, способности к быстрым перестройкам они уступают корпускулярным системам. При полной «жесткости» связей эффективность функционирования такого рода систем определяется «принципом наименьших», согласно которому в каждый момент времени в определенных условиях в системе имеется наиболее слабое звено, лимитирующее ее «жизнедеятельность» (примеры: ферментативные ансамбли метаболизма, системы органов животных и человека).

В реальном органическом мире эти два полярных типа систем в чистом виде почти не встречаются. При анализе сложных биологических объектов (биоценозы, многоклеточные организмы и др.) выявлено несколько вариантов их гармоничного сочетания, приводящего к эволюционно прогрессивному результату.

При нервом способе прослеживается закономерное чередование корпускулярного и жесткого типов организации при переходе от низших структурных уровней к более высоким: диплоидный набор хромосом (корпускулярность), взаимоотношения ядра, цитоплазмы и плазмалеммы (жесткие связи), множество клеток одной ткани (корпускулярность), взаимоотношения определенных тканевых структур в органе (жесткие связи), набор органов (корпускулярность), взаимоотношения систем органов (жесткие связи), множество особей одного пола (корпускулярность), взаимодополняемость полов (жесткие связи).

Другой способ совмещения корпускулярного и «жесткого» принципов организации реализуется в биологических системах «звездного» типа, причем на одном структурном уровне. В «центре» такой системы находится орган (как правило, характеризующийся эволюционной консервативностью), связанный тесными связями с определенным множеством «периферических» органов (признак «жестких» систем). Вместе с тем «периферические» органы, находясь в зависимости от «центрального», совершенно независимы друг от друга, прежде всего в эволюционном плане. Это означает, что структуры, располагающиеся на периферии «звездных» систем, могут свободно эволюционировать и приводить к совершенно различным эволюционным результатам (признак корпускулярных систем). Следует специально подчеркнуть, что вокруг «центрального» звена системы группируются элементы (признаки) одной приспособительной направленности. Этот способ сочетания корпускулярного и «жесткого» принципов организации наиболее отчетливо представлен в эндокринной системе высокоорганизованных позвоночных животных.

Например, эндокринная «ось» гипоталамус — гипофиз — половые железы (центр системы) определяет развитие вторичных половых признаков — рога у оленей, грива у львов, характерное оперение у птиц, голосовой аппарат и гребень — у земноводных, яркая расцветка — у рыб (периферия системы).

Главным итогом оптимальной комбинации «жесткого» и корпускулярного типов систем, достигаемой тем или иным способом, является сохранение их положительных свойств (гибкость, координированность) и нивелирование отрицательных.

Системный подход позволил выявить качественно новые и осветить под новым углом зрения уже известные характерные особенности биологических систем.

Итеративность — многократное повторение одной и той же операции (размножение организмов, репликация нуклеиновых кислот, циклы биохимических реакций, ферментативный катализ и др.).

Дискретность. Биосистемы состоят из набора относительно автономных структурных единиц различного ранга. Их разнообразные функции обеспечиваются путем комбинации небольшого числа стандартных функциональных блоков — идентичных для большинства организмов молекул и надмолекулярных комплексов. Дискретность биологических систем во времени заключается в том, что время их существования конечно. Важной особенностью временной организации биологических систем является то, что продолжительность существования составляющих их подсистем и элементов, как правило, значительно различаются. При этом наблюдается следующая закономерность: чем ниже ранг подсистемы (элемента), тем короче время ее (его) жизни. В качестве примера можно привести ряд «популяция — особь — ткань — клетка — органслла — биополимер». Однако прекращение существования подсистемы (элемента) как физической единицы не означает более или менее быстрое исчезновение множества элементов, членом которого она (он) является. Их количественный баланс и качественные характеристики поддерживаются сформировавшимися в эволюции специальными механизмами (размножение, физиологическая регенерация и др.), благодаря чему и обеспечивается целостность и преемственность биологических систем во времени. Наиболее наглядно эта закономерность прослеживается на организменном (онтогенетическом) уровне организации живой природы. Смерть является неизбежным финалом индивидуального развития отдельных особей. Вместе с тем благодаря их способности к размножению вид, который они представляют, может существовать длительное время.

Избыточность структурных элементов и связей между ними позволяет повысить надежность биосистем и их устойчивость к повреждающим факторам, а также обеспечить им свойство пластичности — способности легко переходить из одного режима функционирования в другой.

Наследственность и изменчивость одновременно обеспечивают хранение, использование и передачу биологической информации, а также необходимый уровень ее неоднородности (разнообразия).

Способность к самоорганизации и саморазвитию — формирование целостных организмов на основе реализации собственной наследственной информации и самоупорядочение составляющих их элементов и подсистем. Для поддержания высокого уровня упорядоченности элементов системы необходим постоянный приток веществ и энергии из окружающей среды. Существенно, что обмен веществ и энергии между системой и окружающей средой, а также внутри системы определенным образом организован во времени и пространстве и сопровождается преобразованием ее элементов и подсистем. При этом происходит рециркуляция веществ на всех уровнях организации системы.

Ритмичность — периодические изменения интенсивности биохимических реакций, физиологических функций и формообразовательных процессов с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до нескольких лет и столетий). Ритмичность прежде всего направлена на согласование функций организма с периодически изменяющимися условиями окружающей среды, обусловленными космическими и геофизическими циклами.

Наряду с вышеуказанными к характерным свойствам биосистем необходимо отнести раздражимость и возбудимость, способность к адаптации и самовоспроизведение {размножение).

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>