Біологічна система: визначення, особливості, рівні та принципи

Навколишній нас світ прагне до хаосу. І тільки біологічні системи протистоять ентропії і продовжують існувати в динамічній рівновазі. Всі живі об'єкти, що нас оточують, відрізняються складністю, структурної та функціональної впорядкованістю. Хоча і сьогодні немає єдиного визначення життя як форми існування матерії, в певній трактуванні це можливість існування біологічної системи самого різного рівня організації.

Міждисциплінарні засади

У будь-якій сфері науки система – це об'єднання функціональних елементів, які пов'язані один з одним і призначені для виконання однієї функції. При цьому вони виконують її як єдине ціле і сума одиниць у такому випадку не дорівнює результату. Поняття біологічної системи включає в себе живі структурні елементи, що взаємодіють і взаємозалежні. З цих компонентів утворюється єдине живе ціле, як система елементів, які випливають один з іншого виконують єдину функцію – забезпечення життя.


Здатність біологічних систем створити порядок із хаотичного руху атомів, що прагнуть до збільшення ентропії – це найдивовижніша і приголомшлива особливість життя. Впорядкованість – перше фундаментальне властивість життя на нашій планеті. Інші властивості життя – внутрішній і зовнішній обмін речовинами і енергією, здатність до руху і подразливість, можливість пристосуватися (адаптуватися), рости, розвиватися і виробляти собі подібних.

Рівні організації життя

Все оточуюче нас різноманітність органічного світу умовно можна привести до шести рівнів організації біологічних систем, три з яких є надорганизменными:

Молекулярно-генетичний. На даному рівні відбувається обмін речовин і енергії і збереження спадкової інформації.

Клітинний рівень організації. Клітина як біологічна система здійснює процеси метаболізму, диференціації та спеціалізації. На цьому рівні починається перенесення спадкової інформації через покоління. У багатоклітинних організмах виділяють ще й органо-тканинний рівень, який утворюють однаково спеціалізовані клітини, які виконують один функціонал на всіх.

Організмовий або онтогенетичний рівень. Ключовий рівень для розуміння життя. Цілісний організм (одноклітинний або багатоклітинний) функціонує на основі експресії генного матеріалу, отриманого від батьківських форм.

А далі починається безсмертя

Якщо на попередніх рівнях організації матерії життя скінченна, то з наступної ступені починається потенційне безсмертя.

Популяційно-видовий рівень. На даному рівні в гру вступає не індивід, а група – вид, популяція. Група організмів одного виду транслює з покоління в покоління свій спадковий матеріал, одночасно пристосовуючись. І вона стає вже одиницею микроэволюции або видоутворення.

Биогеоценотический рівень. На цьому рівні ми говоримо про екологічний співтоваристві різних видів тварин і рослин на певній території. Вони мають динамічно рівноважний і стабільний склад і постійний кругообіг речовин і енергії.

Останній рівень – біосферний. Це «жива плівка» нашої планети, яка входить і одночасно є невід'ємною частиною глобальної екосистеми Землі.

Може, з часом людство відкриє новий рівень організації біологічних систем – міжпланетний або галактичний. Але поки це все, що нам відомо.

Єдність і взаємозв'язок

Ієрархічно пов'язані рівні, описані вище, не завжди доцільно виділяти при розгляді конкретного виду або особини. Наприклад, при вивченні одноклітинних бактерій поняття види досить умовно – бактерії живуть окремими штамами, а по-простому сім'ями. І вигляд, і популяція, і частинка біосфери одночасно. Головне - це те, що на будь-якому рівні біологічна система – це відкрита, здатна до росту і розвитку, динамічно стійка і самовідтворювана структура, на відміну від неживих систем – закритих, статичних, схильних до деградації. Можна розглядати різні біологічні системи, принципи їх завжди будуть однакові.

На чому стоїмо

Принципово всі системи життя засновані на наступних постулатах:

Єдиний хімічний склад. Все живе складається з тих же елементів, що і неживі тіла. Тільки співвідношення інше – 98% складають вуглець, водень, кисень і азот.

Обмін речовин і їх перетворення, які і забезпечують гомеостаз – динамічна сталість складу.

Відтворення собі подібних на основі спадкового матеріалу (ДНК).

З попереднього властивості випливають здібності спадковості і мінливості.

Розвиток (спрямоване зміна) і зростання (збільшення кількісних показників).

Виборча (зворотній зв'язок) подразливість на впливи ззовні.

Дискретність (складаються з відособлених елементів) і цілісність (функціональна єдність).

Саморегуляція, яка забезпечує гомеостаз.

Енергозалежність. Відкриті системи, які потребують в постійному поповненні енергії з зовнішнього середовища.

Ієрархічність і підпорядкованість.

Супідрядність і взаємозв'язок

Будь-який компонент біологічної системи одночасно дискретний і цілісний. Складність всього живого, яка починається на рівні організації полімерних біомолекул, продовжується на більш високих рівнях організації життя. І якщо на нижчих рівнях біологічних систем саме здійснення властивостей живого є необхідною умовою і посилкою до більш високих рівнів, то із зростанням складності організації властивості живого видно все чіткіше. Людину завжди найбільше цікавило він сам. І ми в статті розглянемо людини як біологічну систему. При цьому життя з'являється на рівні клітини, а безсмертя - на рівні популяцій і біосфери.

Там, де починається життя

Структурною одиницею всього живого на нашій планеті є клітина. Ця універсальна біологічна система відокремлена від зовнішнього середовища цитоплазматичної мембраною. Є клітини з ядром (еукаріоти), тобто без ядра (прокаріоти). Є з безліччю органел (рослини – хлоропласти, пластиды, мітохондрії), є зовсім без них (клітини жирової тканини). Структура та складові цих цеглинок життя визначаються їх функціями. Але саме на рівні клітини здійснюються всі найголовніші властивості всього живого на планеті Земля.

З чого зроблені хлопчики і дівчатка

Людина – біологічна система з багаторівневою організацією і складною саморегуляцією. В будові нашого організму виділяють такі рівні організації:

Клітинний. Саме з клітини як структурної одиниці починається наш організм (яйцеклітина, нейрон або кардиомиоцит).

Тканинний. Сукупність клітин з однаковою будовою, метаболізмом та функціями об'єднані в 4 головні тканини організму: нервову, м'язову, сполучну і епітеліальну.

Органний. Об'єднання декількох типів тканин в єдину структуру, яка займає певне місце і виконує конкретну функцію, називаються органами людини (мозок, печінка, нирка, селезінка).

Системний. Це вже коли кілька органів, різних за будовою і розташуванням, об'єднані в єдину фізіологічну систему (серцево-судинна, нервова, видільна, дихальна).

Організмовий. Об'єднання всіх попередніх рівнів для забезпечення життєдіяльності всього організму в постійно мінливих умовах середовища.

Безсмертна «плівка» планети

Не будемо брати в лапки перше слово заголовка, так як зберігаємо впевнену надію на те, що людство не зруйнує планету разом з біосферою. Ця оболонка Землі, де мешкають живі організми, складає всього 01% від маси. Якщо б ми розподілили по всій поверхні планети всю біомасу біосфери, то це був би шар в 2 міліметри. Але вже починаючи з перших днів появи життя вона змінювала обличчя Землі. Наявності кисню в атмосфері ми зобов'язані анаеробним бактеріям, які жили мільярди років тому, за торф, нафта, газ і кам'яне вугілля ми також повинні подякувати одноклітинних. А людство тільки за останні 500 років винищили з планети понад 800 біологічних видів, які природа створювала мільйони років. І антропогенний вплив на екосистему Землі триває. Свідчень тому безліч – збільшення озонових дір, кліматичні зміни, почастішали геологічні катаклізми. Можна продовжувати, але це тема іншої статті.