Биосистемы. Что такое биосистема? Основные свойства биосистемы Открытость биосистемы

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

Человеческий организм - сложная биологическая система. Все органы человеческого тела взаимосвязаны, находятся в постоянном взаимодействии и в совокупности, являются единой саморегулируемой и саморазвивающейся системой. Деятельность организма как единого целого включает взаимодействие психики человека, его двигательных и вегетативных функций с различными условиями окружающей среды.

Физические упражнения оказывают существенное влияние на формирование скелета (исправляются искривления позвоночника, улучшается осанка). Повышаются обменные процессы, в частности, обмен кальция, содержание которого определяет прочность костей. Скелет, выполняя опорную и защитную (череп, грудная клетка, кости таза и др.) функции, чрезвычайно прочен. Отдельные кости выдерживают нагрузку до 2 тонн. Непрерывное (кости черепа и др.) и суставное соединения костей дают возможность составлять отдельные блоки, кинематические системы с большой степенью свободы, дающие возможность звеньям таких систем перемещаться по сложным траекториям.

Сложный комплекс связанных друг с другом реакций расщепления (диссимиляции) и синтеза (ассимиляции) органических веществ - основа развития организма человека.

Организм человека развивается под влиянием генотипа (наследственности), а также факторов постоянно изменяющейся внешней природной и социальной среды.

Не зная строения организма человека, особенности процессов жизнедеятельности в отдельных его органах, системах органов и в целостном организме, нельзя обучать, воспитывать и лечить человека, а также обеспечить его физическое совершенствование.

Познание самого себя является важным шагом в решении проблемы формирования физической культуры личности будущего специалиста, который при изучении данной темы должен:

♦ исследовать особенности функционирования человеческого организма и отдельных его систем под влиянием занятий физическими упражнениями и спортом в различных условиях внешней среды;

♦ уметь диагностировать состояние своего организма и отдельных его систем, вносить необходимую коррекцию в их развитие средствами физической культуры и спорта;

♦ уметь рационально адаптировать физкультурно-спортивную деятельность к индивидуальным особенностям организма, условиям труда, быта, отдыха и дифференцировать использование средств физической культуры и спорта с учетом отмеченных особенностей.

В организме человека насчитывается более 100 трлн. (1х10 14) клеток. Каждая клетка представляет собой одновременно фабрику по переработке веществ, поступающих в организм; электростанцию, вырабатывающую биоэлектрическую энергию; компьютер с большим объёмом хранения и выдачи информации. Кроме этого определенные группы клеток выполняют специфические, присущие только им функции (мышцы, кровь, нервная система и др.).

Наиболее сложное строение имеют клетки центральной нервной системы (ЦНС) - нейроны. Их насчитывается в организме более 20 млрд. Каждый нейрон содержит около тысячи ферментов. Все нейроны головного мозга могут накапливать свыше 10 млрд. единиц информации в 1 секунду, т.е. в несколько раз больше, чем самая совершенная компьютерная система.

Внешняя деятельность человека и внутренние процессы, протекающие в организме, осуществляются по механизму рефлекса, управляемого из ЦНС.

Каждая клетка, группа клеток, орган работают в двух режимах: возбуждения (деятельное состояние) и торможения (прекращение деятельного состояния и восстановление). Возбуждение и торможение - это два противоположных процесса, взаимодействие которых обеспечивает слаженную деятельность нервной системы, согласованную работу органов тела, регуляцию и совершенствование функций всего организма.

Движение - важнейшее свойство организма человека. Благодаря наличию скелетных мышц человек может передвигаться, выполнять движения отдельными частями тела. Постоянные движения происходят и во внутренних органах, также имеющих мышечную ткань в виде особых «гладких» мышц (перистальтика кишечника, поддержание тонуса артериальных кровеносных сосудов и т.д.). Сложное строение имеет сердечная мышца, которая непрерывно, на протяжении всей жизни человека, работает в качестве насоса, обеспечивая передвижение крови по кровеносным сосудам.

При эволюционном развитии человека в онто- и филогенезе двигательная активность оказала существенное влияние на морфологенез отдельных органов и систем организма.

Организм человека состоит из отдельных органов, выполняющих свойственные им функции. Различают группы органов, выполняющие совместно общие функции - системы органов. В своей функциональной деятельности системы органов связаны между собой.

Многие функциональные системы в значительной степени обеспечивают двигательную деятельность человека. К ним относятся кровеносная система, система органов дыхания, опорно-двигательная и пищеварительная системы, а также органы выделения, железы внутренней секреции, сенсорные системы, нервная система и др.

Медицинская наука рассматривает человеческий организм в единстве с внешней природой и социальной средой.

Внешняя среда в общем виде может быть представлена моделью, состоящей из трех взаимодействующих элементов: физическая окружающая среда (атмосфера, вода, почва, солнечная энергия); биологическая окружающая среда (животный и растительный мир); социальная среда (человек и человеческое общество).

Влияние внешней среды на организм человека весьма многогранно. Внешняя природная среда и социальная среда могут оказывать на организм как полезные, так и вредные воздействия. Из внешней среды организм получает все необходимые для жизнедеятельности и развития вещества, вместе с тем он получает многочисленный поток раздражений (температура, влажность, солнечная радиация, производственные, профессионально вредные воздействия и др.), который стремится нарушить постоянство внутренней среды организма.

Нормальное существование человека в этих условиях возможно только в том случае, если организм своевременно реагирует на воздействия внешней среды соответствующими приспособительными реакциями и сохраняет постоянство своей внутренней среды.

Экологические проблемы оказывают прямое или косвенное влияние на физическое и нравственное состояние человека.

В современном мире проблемы экологии - взаимодействия организма с окружающей средой - серьезно обострились.

По данным Всемирной организации здравоохранения, 80% болезней человека возникают по причинам, связанным с ухудшением экологической ситуации.

Отличительной особенностью человека является то, что он может сознательно и активно изменять как внешние, так и социально-бытовые условия для укрепления здоровья, повышения трудоспособности и продления жизни. Несомненно, что взаимоотношения общества с окружающей средой необходимо поставить под более строгий контроль.

Соответствующим изменением внешних условий человек может воздействовать и на собственное состояние здоровья, физическое развитие, физическую подготовленность, на умственную и физическую работоспособность.

Физическая тренировка оказывает разностороннее влияние на психические функции, обеспечивая их активность и устойчивость.

Имеются результаты многочисленных исследований по изучению у тренированных и нетренированных лиц устойчивости внимания, восприятия, памяти, способности к устному счету различной сложности, других сторон мышления. Устойчивость изучаемых параметров оценивалась по уровню их сохранения под влиянием различной степени утомления, а также по способности сохранять работоспособность в точное время. Установлено, что устойчивость параметров умственной деятельности находилась в прямой зависимости от уровня разносторонней физической подготовленности.

Умственная работоспособность в меньшей степени ухудшается под воздействием неблагоприятных факторов, если в этих условиях соответствующим образом применять физические упражнения. Оптимальная физическая тренированность обеспечивает сохранение ряда показателей высшей нервной деятельности, в частности, устойчивости функций второй сигнальной системы.

Утомление - это состояние, которое возникает вследствие работы при недостаточности восстановительных процессов и проявляется в снижении работоспособности, нарушении координации регуляторных механизмов и в ощущении усталости. Утомление играет важную биологическую роль, служит предупредительным сигналом возможного перенапряжения рабочего органа или организма в целом.

Различают две фазы развития утомления: компенсированную и некомпенсированную. В компенсированной фазе не происходит видимого снижения работоспособности. Работа осуществляется за счет подключения к напряженной деятельности других систем организма, которые до наступления утомления не принимали активного участия в данной работе.

Невозможность поддержания нужной интенсивности работы даже при подключении резервных систем организма означает начало некомпенсированной фазы утомления.

При работе значительной интенсивности, не соответствующей уровню непосредственной готовности организма к выполнению данной нагрузки, возникает острое утомление.

Суммирование сдвигов в нервно-мышечной и ЦНС, возникающих при многократной утомительной работе, вызывает хроническое утомление.

Систематическое продолжение работы в состоянии утомления, неправильная организация труда, физической тренировки, длительное выполнение работы, связанной с чрезмерным нервно-психическим или физическим напряжением, - все это может привести к переутомлению.

Острое и хроническое утомление, а также переутомление могут привести к заболеванию нервной системы, обострению сердечнососудистых заболеваний, гипертонической и язвенной болезням, снижению сил организма. Например, под влиянием длительного (хронического) экзаменационного эмоционального стресса у большинства обследованных студентов наблюдались значительные изменения интенсивности кровенаполнения сосудов и реактивности биопотенциалов головного мозга, электрокардиографических и биохимических показателей, не приходящих в норму в течение 2-3 суток после экзаменов.

Таким образом, студенты вузов 2 раза в год переживают длительный эмоциональный стресс, что является фактором риска.

Умственное переутомление граничит с заболеванием и имеет более длительный период восстановления. Оно является следствием того, что мозг человека, обладая большими компенсаторными возможностями, способен длительное время работать с перегрузкой, не давая знать о своем утомлении, которое мы ощущаем только тогда, когда наступила фаза переутомления.

Средствами восстановления организма после утомления и переутомления являются: оптимальная, физическая активность, переключение на другие виды работы и сочетание работы с активным отдыхом, рациональное питание, установление строгого гигиенического образа жизни. Ускоряют процесс восстановления достаточный по времени и полноценный сон, водные процедуры, парная баня, массаж и самомассаж, фармакологические средства и физиотерапевтические процедуры, психорегулирующая тренировка.

Ритмичное протекание физиологических процессов - это важное свойство живого организма. Все в организме - каждый орган, клетка, состав крови, гормоны, температура тела, частота сердечных сокращений (ЧСС), кровяное давление, дыхание и другие системы, и показатели их функций - имеет свои собственные ритмы, измеряемые в секундах, часах, месяцах и даже годах.

Биоритмы отдельных органов и систем взаимодействуют друг с другом и образуют упорядоченную систему ритмических процессов - организацию деятельности организма во времени. Например, различают суточный биоритм, при котором высокий уровень работоспособности у человека, наблюдается примерно с 8.00 до 12.00 и с 17.00 до 19 часов. В эти часы активизируются почти все функции организма. Значительно снижаются психофизические функции в периоды от 2 до 3 часов ночи и от 13.00 до 15.00 часов дня.

При проявлении работоспособности наиболее результативными являются вторник, четверг и пятница, а нерезультативными - понедельник и суббота.

Правильно составленный распорядок дня, распределение работы таким образом, чтобы наибольшая нагрузка соответствовала наибольшим возможностям организма, - одна из важнейших задач сохранения здоровья и трудоспособности.

Нарушение биоритмов, режима рабочего дня, труда, учебных занятий, питания, отдыха, сна, двигательной активности может привести не только к снижению работоспособности, но и к развитию болезни.

Недостаточная двигательная активность создает особые неестественные условия для жизнедеятельности человека, отрицательно воздействует на структуру и функции всех тканей организма человека. В этих условиях задерживается развитие молодого поколения и ускоряется старение пожилых людей.

При отсутствии достаточной дозы ежедневных мышечных движений происходят нежелательные и существенные изменения функционального состояния мозга и сенсорных систем. Вследствие этого наблюдается снижение общих защитных сил организма, увеличение риска возникновения различных заболеваний.

Для данного состояния характерны повышенная крайняя неустойчивость настроения, ослабление самообладания, нетерпеливость, нарушение сна, утрата способности к длительному труду или физическому напряжению. Все эти симптомы могут проявляться в различной степени.

Наиболее действенной альтернативой гипокинезии и гиподинамии в современных условиях могут выступать физические упражнения.

Прогресс науки и техники вызвал необходимость получения человеком значительного объема профессиональных знаний и большого количества разнообразной информации. Неизмеримо возрос темп жизни. Все это обусловило предъявление к современному человеку высоких требований к его физическому состоянию и значительно увеличило нагрузку на психическую, умственную и эмоциональную сферы.

В связи с активизацией учебного труда при возрастающих нагрузках требуется оздоровление условий и режима учебы, быта и отдыха студентов с использованием средств физической культуры. Средствами физической культуры являются физические упражнения, оздоровительные силы природы (солнце, воздух и вода) и гигиенические факторы (санитарно-гигиеническая обстановка, режим отдыха, сна, питания).

Использование оздоровительных сил природы (закаливание) укрепляет и активизирует защитные силы организма, стимулирует обмен веществ, деятельность сердца и кровеносных сосудов, благотворно влияет на состояние нервной системы.

Систематическая физическая тренировка, занятия физическими упражнениями в условиях напряженной учебной деятельности студентов имеют важное значение как способ разрядки нервного напряжения и сохранения психического здоровья. Разрядка повышенной нервной активности через движение является наиболее эффективной.

Роль физических упражнений не ограничивается только благоприятным воздействием на здоровье. Наблюдение за людьми, которые регулярно занимаются физическими упражнениями, показало, что систематическая мышечная деятельность повышает психическую, умственную и эмоциональную устойчивость организма при длительной напряженной умственной или физической работе.

Человек, ведущий подвижный образ жизни и систематически занимающийся физическими упражнениями, может выполнять значительно большую работу, чем человек, ведущий малоподвижный образ жизни. Это связано с резервными возможностями организма.

Активизацию физиологических функций организма при мышечной деятельности следует рассматривать как мобилизацию резервов. При этом тренированный организм имеет большие по объему резервы и может более полно их использовать, чем нетренированный.

Каждый орган, система органов и организм в целом под влиянием направленной физической тренировки заметно повышают показатели работоспособности, физического резерва.

Обмен веществ и энергии в организме человека характеризуется сложными биохимическими реакциями. Питательные вещества (белки, жиры и углеводы), поступающие во внутреннюю среду организма с пищей, расщепляются в пищеварительном тракте. Продукты расщепления переносятся кровью к клеткам и усваиваются ими. Кислород, проникающий из воздуха через легкие в кровь, принимает участие в процессе окисления, происходящем в клетках.

Вещества, образующиеся в результате биохимических реакций обмена веществ (двуокись углерода, вода, мочевина и др.), выводятся из организма через легкие, почки, кожу.

Обмен веществ является источником энергии для всех жизненных процессов и функций организма. При расщеплении сложных органических веществ содержащаяся в них потенциальная химическая энергия превращается в другие виды энергии (биоэлектрическую, механическую, тепловую и др.).

Интенсивность протекания процесса обмена веществ в организме человека очень велика. Каждую секунду разрушается огромное количество молекул различных веществ, и одновременно образуются новые вещества, необходимые организму. За 3 месяца половина всех тканей тела человека обновляется.

Рост волос, ногтей, шелушение кожи - все это результат процесса обмена веществ. За 5 лет учебы у студента роговица глаза сменяется 250 раз, а ткань желудка обновляется 500 раз.

Для сохранения энергетического баланса, поддержания нормальной массы тела, обеспечения высокой умственной и физической работоспособности и профилактики заболеваний необходимо при достаточном и полноценном питании увеличивать расход энергии за счет повышения двигательной активности, например, с помощью регулярных занятий физическими упражнениями.

Мышечная деятельность. Занятия физическими упражнениями или спортом повышают активность обменных процессов, тренируют и поддерживают на высоком уровне механизмы, осуществляющие в организме обмен веществ и энергии.

Основными биологическими системами является клетка, организм, популяция, вид, экосистема, биогеоценоз, биосфера. Формирование и обобщения знаний о биосистемы можно организовывать в таких аспектах, как структурная организация, функциональная организация и основные свойства.

Структурная организация биосистемы - это имеющийся упорядоченное состояние существования составных частей системы. Анализ структурной организации осуществляется с помощью метода классификации - многоступенчатого, последовательного разделения исследуемой системы с целью получения новых знаний о ее построения, состав, связей. Описание структуры биосистемы - это выделение элементов (подсистем, компонентов) биосистемы, которые будут исследоваться, то есть проведения морфологического анализа. Поскольку биосистемы являются открытыми,

через них проходят потоки вещества, энергии и информации и они испытывают постоянного воздействия внешней среды, в структуре биосистем целесообразно выделять биотических и абиотических компонентов.

Функциональная организация биосистемы - это слаженное функционирование взаимосвязанных составных частей системы. Изучение функциональной организации осуществляется путем определения функций, которые каждый из выделенных элементов (подсистем, компонентов) выполняет в исследуемом целостном процессе, то есть проведение функционального анализа.

Основные свойства биосистем выражают сущность системы в отношениях с другими системами, поэтому для определения свойств следует установить закономерные взаимосвязи, которые формируются между выделенными элементами (подсистемами, компонентами) в условиях их функционирования как целостности, то есть провести структурный анализ.

Клетка - элементарная биологическая система, основная структурная и функциональная единица живого, которая способна к саморегуляции, самообновлению и самовосстановлению. Структурная организация. Основными компонентами клетки является поверхностный аппарат, цитоплазма и ядро (нуклеоид), которые построены по определенным подсистем и элементов. Существуют два типа организации клеток - прокариотических и эукариотический. Базовым уровнем организации для клеток является молекулярный уровень. Функциональные связи. Любая функция клетки является следствием согласованной работы всех ее частей и компонентов. Организация и функционирование всех компонентов клетки связаны прежде всего с биологическими мембранами. Внешние взаимосвязи между клетками происходят путем выделения химических веществ и установления контактов, а внутренние между элементами клетки обеспечиваются гиалоплазмы. Большинство клеток многоклеточного организма специализируются на выполнении одной главной функции. Основные свойства. Клетке присущи такие же свойства, как другим биосистемы, но они будут отличаться проще характеру осуществления. Клетка является элементарной биосистемой, поскольку именно на уровне клеток проявляются все свойства жизни. Определяются эти свойства структурно-функциональной организацией биомембран, цитоплазмы и ядра.

Организм - открытая биологическая система, которая благодаря системам регуляции и приспособительным механизмам может сохранять свою целостность и упорядоченность и относительно самостоятельно существовать в определенной среде жизни. Структурная организация. У одноклеточных и колониальных организмов - клеточный уровень организации, многоклеточные организмы объединяют клеточный, тканевый, органный и системный уровне, благодаря чему организменный уровень организации живых систем является самым разнообразным из всех других. Элементарной структурно-функциональной единицей организмов является клетка. Функциональные связи: а) поскольку в осуществлении определенной жизненной функции участвуют клетки, ткани, органы, системы органов, то данная функция будет иметь более сложный и совершенный характер; 6) специализация составных частей организма на выполнении определенной функции делает их зависимыми от других частей, поэтому вместе с дифференциацией идут процессы интеграции, благодаря которым между частями формируются внутренние связи (физиологические, генетические, нервные, гуморальные и др.), Обусловливающих подчинения их организма как целостной системе. Основные свойства. Поскольку в свойствах объекта отображается его внутренняя структурно функциональная сущность, то делаем вывод об осложнениях и разнообразия основных свойств организмов (например, размножение может быть бесполым, половым и вегетативным).

Популяция - генетически открыта биологическая система, группа вильносхрещуваних между собой особей одного вида, проживающих длительное время на определенной территории и относительно изолированы от других таких же групп. Структурная организация. Организмы делятся на группы в зависимости от возраста, пола, распределения в пространстве, особенностей поведения и т.д., что позволяет выделять, соответственно, возрастную, половую, пространственную, Этологические структуру популяций. Этот раздел обусловливает выделение таких внутришньопопуляцийних подразделений, как екоелементы, биотипы. Элементарной структурной единицей популяций является организмы. Функциональные связи. Разная структура популяций обусловливает различные взаимосвязи между организмами (например, репродуктивные, трофические, топические, этологические и др.), Что позволяет им достаточно часто образовывать содружественные формирования (например, семьи, стаи, стада, колонии) для совершенного осуществления жизненных функций. Основные свойства зависят от таких признаков популяций, как численность, рождаемость, смертность, прирост, биомасса, плотность, которые в значительной степени формируются под влиянием условий существования организмов популяций. Каждая популяция как целостная система обладает механизмами саморегуляции, самообновлению и самовосстановлению особей, входящих в нее, поэтому в пределах популяций существуют сложные системы сигналов, которые определяют поведение одной особи относительно другой.

Вид - совокупность популяций особей, которым свойственны: а ) морфофизиологической сходство; б ) свободное внутривидовой скрещивания; в ) образования плодовитого потомства; г ) несхрещуванисть с другими видами; д ) общая территория обитания - ареал; е ) приспособленность к условиям существования в пределах ареала; есть ) общее происхождение. Структурная организация. В пределах ареала вида выделяют следующие основные внутривидовые структуры: подвиды, екотипы и популяции. Элементарной структурной единицей вида является популяции. Функциональные связи: а) реализация жизненных функций на уровне вида осуществляется отличными организмами, индивидуальные особенности которых обеспечиваются ненаследственной и наследственной изменчивостью; б) большое значение приобретает внутривидовая конкуренция, влечет естественной отбор; в) расширяются внешние экологические связи с абиотической, биотических и антропогенным средой. Основные свойства. Основным критерием, определяющим специфичность свойств вида, является генетическое единство разнообразия внутри вида и репродуктивная изоляция (несхрещуванисть) от других видов, что делает вид генетически закрытой системой. Единство разнообразия обеспечивает высокую степень устойчивости и адаптивности, что делает вид основной формой организации живой материи.

Экосистема - совокупность организмов разных видов и среды их обитания, связанные обменом вещества, энергии и информации. Биогеоценоз - определенная территория с однородными условиями существования, населенная организмами различных видов, соединенных между собой средой обитания коловращением веществ и потоком энергии. Структурная организация. В рамках биосистем этого ранга выделяют биотический (биоценоз ) и абиотической (биотоп ) компоненты, связанные между собой коловращением веществ. Элементарной структурной единицей есть виды, которые образуют группировки. Функциональные связи: а) функционирование биосистемы в целом обеспечивают "внутренний" биологический круговорот веществ и "внешние" потоки вещества, энергии и информации; б) связи между популяциями биоценоза могут быть очень разнообразными (прямыми и косвенными; симбиотических, нейтральными и антибиотическими; трофическими и топическими), но важнейшими являются трофические и энергетические. Основными свойствами является целостность, открытость, устойчивость, саморегуляция и самовоспроизведению.

Биосфера - единственно глобально экосистема высшего порядка, состав, структура и свойства которой определяются деятельностью организмов. Структурная организация: а) биотический компонент представлен живым веществом - совокупностью организмов нашей планеты; б) абиотический компонент включает химические составляющие и физические условия геологических оболочек: атмо-, гидро- и литосферы; б) элементарной структурно-функциональной единицей является биогеоценозы. Функциональные связи: а) био- и геокомпонентив связаны между собой коловращением веществ в виде биогеохимических циклов, важнейшими свойствами которых является открытость и замкнутость; б) основными функциями живого вещества в биосфере является окислительно-восстановительная, концентрационная и газовая. Основные свойства определяются свойствами живого вещества.

В целом. Но рассматривать ее в таком разрезе крайне тяжело, поэтому биосистему принято разделять на различные уровни организации живой материи. Основных уровней семь:- молекулярный;- клеточный;- тканевый;- организменный;- популяционно-видовой;- биогеоценотический;- биосферный.Эти уровни включаются друг в друга, образуя единство живой природы в целом. На уровне описываются молекулярные процессы, происходящие в живых клетках, а также и сами молекулы с точки зрения их включения в состав клетки. Молекулы могут образовать различные химические и органические соединения для обеспечения жизнедеятельности клеток. Исследованиями биосферы на этом уровне занимаются такие науки, как биофизика, биохимия, молекулярная и молекулярная . Клеточный уровень включает в себя простейшие одноклеточные организмы, а также совокупности различных клеток, являющихся частями многоклеточных организмов. Это уровень является предметом изучения таких наук, как эмбриология, цитология, генная инженерия. В их рамках ведется изучение процессов биосинтеза и фотосинтеза, деления клеток, участия различных химических элементов и Солнца на существование биосистемы. Тканевый уровень представляет из себя определенные ткани, которые объединяют в себе схожие по строению и функциям клетки. С развитием многоклеточного организма происходит естественная дифференциация клеток по выполняемым ими ролям. Все обладают мышечной, эпителиальной, соединительной, нервной и т.д тканями.На организменном уровне сосуществуют различные многоклеточные растения, животные, грибы, а также различные микроорганизмы (в том числе и одноклеточные) с точки зрения их влияния на многоклеточные существа. Изучением этого уровня биосистемы занимаются анатомия, аутэкология, генетика, гигиена, физиология, морфология, а также ряд других наук. На популяционно-видовом уровне биосистемы учеными изучаются процессы, протекающие в популяциях и видах различных живых существ, объединенных между собой генофондом и способом воздействия на окружающую среду. Помимо этого, на данном уровне рассматриваются проблемы взаимодействия различных видов и популяций. Биогеоценозный компонент биосистемы образован различными видами и популяциями живых существ на Земле. На этом уровне изучаются различные особенности и специфика распределения живых существ по различным территориям. При этом учитывается построение пищевых сетей. Науками, изучающими данный уровень, являются биогеография и экология.Самый главный и обширный уровень организации жизни - это биосферный, где изучаются многочисленные связи между человеком и биогеоценозным уровнем. Изучением данного уровня вместе с антропогенным воздействием занимается экология.

1.13. (дополнение) Универсальные свойства биосистем

При всей специфичности биосистем разных уровней, для них можно выделить ряд универсальных свойств. Назовем некоторые из них.

Определенный состав и упорядоченность . Все биосистемы характеризуются высокой упорядоченностью, которая может поддерживаться только благодаря протекающим в них процессам. В состав всех биосистем, лежащих выше молекулярного уровня, входят определенные органические вещества, некоторые неорганические соединения, а также большое количество воды. Упорядоченность клетки проявляется в том, что для нее характерен определенный набор клеточных компонентов, а упорядоченность биогеоценоза - в том, что в его состав входят определенные функциональные группы организмов и связанная с ними неживая среда.

Иерархичность организации . Как рассматривалось в пункте 1.05, жизнь проявляет себя одновременно на многих уровнях организации, каждый из которых имеет свои особенности.

Обмен веществ - важнейшая особенность функционирования биосистем. Это совокупность происходящих в них химических преобразований и перемещений веществ. На клеточном и организменном уровнях обмен веществ связан с питанием , газообменом и выделением , а, например, на биогеоценотическом - с круговоротом веществ и их перемещением между разными биогеоценозами.

Поток энергии через биосистемы тесно связан с их обменом веществ. Благодаря тому, что атомы вещества в ходе их преобразований не изменяются, вещество может совершать круговорот в живых системах. Энергия, в соответствии со вторым началом термодинамики, при превращениях частично рассеивается (переходит в форму тепла), и поэтому живые системы существуют только в условиях текущего через них потока энергии из внешнего источника. Для биосферы в целом таким источником является Солнце.

Способность к развитию . Все биосистемы возникают и совершенствуются в ходе эволюции . Эволюция на молекулярном уровне привела к возникновению организмов; благодаря эволюции популяций меняются характерные свойства организмов и всех входящих в их состав систем. Изменение биогеоценозов и биосферы также связано с их способностью к эволюции. Развитие отдельного организма называется онтогенезом ; эволюционная история вида - филогенезом ; развитие биоценозов на одном участке - сукцессией .

Приспособленность - соответствие между особенностями биосистем и свойствами среды, с которой они взаимодействуют. Приспособленность не может быть достигнута раз и навсегда, так как среда непрерывно меняется (в том числе благодаря воздействию биосистем и их эволюции). Поэтому все живые системы способны отвечать на изменения среды и вырабатывать приспособления ко многим из них. Результатом способности живых систем вырабатывать приспособления является поражающее воображение совершенство и целесообразность живых организмов и жизни в целом. Долгосрочные приспособления биосистем осуществляются благодаря их эволюции. Краткосрочные приспособления клеток и организмов обеспечиваются благодаря их раздражимости - свойству реагировать на внешние или внутренние воздействия. Определенным образом отвечают на изменения и биосистемы всех других уровней, что позволяет говорить, что они находятся в состоянии обмена информацией со средой.

Саморегуляция . Биосистемы находятся в состоянии постоянного обмена веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Например, клетки и организмы благодаря саморегуляции поддерживают постоянство своей внутренней среды (гомеостаз), а биогеоценозы поддерживают свой видовой состав и определенные свойства неживой среды. Поддержание постоянства свойств биосистем обеспечивается благодаря отрицательным обратным связям, а их изменение и развитие - благодаря положительным обратным связям.

Динамичность (состояние непрерывных изменений). Жизнедеятельность на всех уровнях организации биосистем связана с обменом веществ и информации, а также потоком энергии. При этом каждая биосистема, начиная от клеточного уровня, является не столько структурой, сколько процессом. Так, клетка остается сама собой, несмотря на то, что в результате обмена веществ сменяются образующие ее вещества. Популяция существует, несмотря на то, что гибнут и появляются входящие в ее состав особи. Для клеток и организмов характерным проявлением динамичности является подвижность - способность к изменению положения и формы самой системы и ее частей.

Целостность (интегрированность) - необходимое условие для рассмотрения того или иного объекта как системы. Это результат взаимосвязи и взаимозависимости частей биосистем, основа возникновения у системы эмергентных свойств. Системы разных уровней отличаются по степени взаимозависимости своих частей. К примеру, в состав клетки должен входить совершенно определенный состав компонентов, строго соответствующих друг другу (если митохондрия синтезирует не все свои белки, то ядро обязательно должно управлять синтезом недостающих, и вполне соответствующих имеющимся в митохондрии). Организм состоит из определенного комплекта органов. Биогеоценоз тоже состоит из определенного набора компонентов (например, автотрофов и гетеротрофов), но их состав оказывается в большой мере заменяемым. Раз связи подсистем в клетке и организме являются более жесткими (свойства одной подсистемы требуют строго определенных характеристик другой подсистемы) чем в биогеоценозе, клетку и организм можно считать более целостными. На биогеоценотическом и биосферном уровне в состав биосистем входят как живые, так и неживые компоненты (впрочем, неживые компоненты, например отмершие ткани, могут входить и в состав организмов, а также биосистем других уровней).

Уникальность . Все биосистемы, начиная от клеточного уровня, неповторимы и отличаются от аналогичных систем. Например, имеющие идентичную наследственную информацию организмы (однояйцовые близнецы, клоны и т.д.) обладают неповторимой индивидуальностью, зависящей от бесконечно разнообразных особенностей воздействия на них среды и саморегуляции в ходе развития.

Способность к воспроизводству биосистем обеспечивает устойчивость жизни во времени. Биомолекулы синтезируются клеткой; клетки (и даже некоторые структуры эукариотической клетки) воспроизводятся путем деления. На организменном уровне воспроизводство обеспечивается благодаря размножению . Преемственность поколений на организменном (а также на клеточном) уровне обеспечивается наследственностью , а возможность эволюции - изменчивостью . Воспроизводство популяций, биогеоценозов (а быть может и биосферы) обеспечивается не только размножением организмов, но и благодаря их способности к расселению.