Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Физика / Рабочие программы / Свойства живых систем Исследовательская работа
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Физика

Свойства живых систем Исследовательская работа

библиотека
материалов

Свойства живых систем.



Оглавление



Введение 3

Глава I

Живая система 6



Глава II

Свойства живых систем.



1.IIОсновные свойства живых систем 8

2.IIОпределенный состав и упорядоченность 13

3.II Периодический закон развития живых систем 20







Глава III

Уровни организации живых систем. 22



1.III Молекулярно – генетический уровень 22

2. III Биогеоценотический уровень 24

3.III Популяционно-видовой уровень 25



Глава IV

О техногенных вариантах живых систем 26





Вывод 28

Использованная литература 31



















1.Введение

Цель исследования:

Что такое жизнь?

Люди на протяжении многих тысячелетий пытаются дать ответ на этот вопрос. Мне хочется представить работу, направленную на ответ к данному вопросу с точки зрения жизни, как живой системы. Как известно в системе все взаимосвязано, поэтому каждый день происходит динамика развития знаний направленных на изучение целостности живых систем, которые в свою очередь и есть жизнь. Эта тема остается актуальной уже ни одно поколение, и скорее всего, ученым всего мира еще долго придется размышлять над подобными вопросами.

Задачи исследования:

  • Выяснить основные свойства живых систем

  • Рассмотреть периодический закон развития живых систем

  • Проследить уровни организации живых систем

  • Техногенные варианты живых систем

Предмет исследования — проявления жизни: строение и функции живых существ и их природных сообществ, их распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и с неживой природой.

Основные методы:

1.Наблюдение, позволяющее описать биологические явление.

2.Сравнение, дающее возможность найти закономерности, общие для разных явлений.

3.Исторический метод, позволяющий на основе данных о современном органическом мире и его прошлом познавать процессы развития живой природы.

4.Экспериментальный метод позволяет изучать то или иное явление
жизни с помощью опыта.

5.Аналитический метод - это дискретный подход, углубление в структуру и функции отдельных элементов системы - внутри клетки, внутри организма, внутри экологического сообщества.

Современная биология изобилует узловыми проблемами, решение которых может оказать революционизирующее влияние на естествознание в целом и прогресс человечества. Например, вопросы молекулярной биологии и генетики.

Актуальность этого вопроса стоит на пике исследований. Мы исходили из утвержденных в мае 2006 года Президентом РФ, приоритетных направлений развития науки в Российской Федерации, одним из которых стоит изучение свойств живых систем, включающих в себя такие критические технологии:

  • Биоинформационные

  • Биомедицинские и ветеринарные технологии жизнеобеспечения и защиты человека и животных

  • Геномные и постгеномные технологии создания лекарственных средств

  • Клеточные и др.

Таким образом, для исследования были выбраны именно общие свойства живых систем.

В связи с тем, что все живые системы являются открытыми, осуществляется круговорот веществ, который протекает постоянно и в последние годы, воздействие человека на окружающую среду все более сказывается на них. Поэтому главным направлением работы, мы взяли биотехнологии жизнеобеспечения. Для этого проводили исследования связанные с влиянием антропологического воздействия на живые системы и их свойства. Мы посетили городские больницы региона, исследовали процент заболевания населения онкологическими заболеваниями, внутриутробными патологиями, вследствие чего пришли к выводу: 98% заболевших работают, либо проживают в экологически неблагополучных микрорайонах. К таковым относятся: завод «Электроцинк», «Электроконтактор», Садонская обогатительная фабрика. Если в 1996 году патологии беременности составляли 7,87 на 100, то в 2009 году уже 5,2; гибели плода – 8,24 и 6,13 соответственно. Онкологические заболевания лидируют, с 1996 года произошло незначительное снижение заболевших. Так Ардонскийрайцон лидирует по онкологии груди и кожи, Алагирский по онкологии легких, ЩЖ, Владикавказ – легких, ЩЖ, груди.

Люди на протяжении многих тысячелетий пытаются дать ответ на вопрос: Что такое жизнь?

Одно из определений более 100 лет назад дал Ф. Энгельс: "Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел" В это определение вошли два важных положения: 1) жизнь тесно связана с белками и 2) непременное условие жизни - постоянный обмен веществ, с прекращением которого прекращается и жизнь.


Изучение свойств объектов живой природы показало, что жизнь связана со сложным коллоидным состоянием протопласта (содержимого клетки), для которого характерны обмен веществ и энергии, обусловленные реализацией наследственной информации, заключенной в нуклеиновых кислотах. Живые системы от клетки до биосферы в целом представляют собой системы, ассимилирующие энергию из внешней среды таким образом, что могут активно противостоять разрушению сложившейся организованности, т.е. противостоять процессу, характерному для всех тел неорганической природы.
По современным представлениям, жизнь - это способ существования открытых коллоидных систем, обладающих свойствами саморегуляции, воспроизведения и развития на основе геохимического взаимодействия белков, нуклеиновых кислот других соединений вследствие преобразования веществ и энергии из внешней среды.


Живые системы обладают рядом общих свойств и признаками, которые отличают их от неживой природы.



При всем своем многоплановом разнообразии живые системы имеют некоторые, хотя и немногочисленные, но неотъемлемые общие особенности, определяемые фундаментальными общими свойствами живого. Таких особенностей три: 1) наличие собственной программы развития системы, развертываемой на основе активно регулируемых информационных взаимосвязей ее с внешней средой, 2) иерархическая функционально-структурная организация и 3) высокая функционально-структурная сложность.

Наличие собственной программы развития — основополагающее свойство всех живых систем, поскольку оно определяет их главную общую черту — иерархическую функционально-структурную организацию, которая представляет собою высшую форму упорядоченности системы ислужит источником ее антиэнтропичности. Именно иерархическая организация живых систем позволяет им достигать той характерной для них высокой функционально-структурной сложности, особенно на молекулярном уровне, которая и создает специфику живого на основе развития функционально необходимых внутренних информационных, материальных и энергетических связей живой системы и ее разносторонних контактов с внешней средой. Поэтому любое усложнение живой системы в итоге ведет к более разветвленной иерархии в ее целостной функционально-структурной организации. Оба эти процесса — общее усложнение системы и прогрессивное развитие иерархического характера ее организации — происходит на основе соответствующего усложнения собственной программы развития системы. В схематическом виде основные связи живой системы показаны на рисунке.

Рис.1

hello_html_m1ac022ec.png



























IЖивая система



Живая система иерархически организованная сложная система, имеющая собственную программу развития, реализация которой обеспечивает сохранение системы на основе поддержания в ней определенного, отличного, от максимума уровня энтропии. Это определение подчеркивает, таким образом, все три основные особенности живой системы.

Биологи, несомненно, обратили внимание на то, что в приведенном выше определении живой системы отсутствуют указания на традиционно выделяемые свойства живого. Это объясняется тем, что эти «традиционные» свойства в большинстве своем могут относиться не ко всем, а только к открытым живым системам, с которыми их и было принято связывать. Иначе говоря, прежние определения живого, содержащие эти «традиционные» элементы, оставляли за пределами живого закрытые живые системы, соответствующие состоянию полного анабиоза. Естественно, что наше общее определение, относящееся ко всем без исключения живым системам, не может содержать в себе элементы, приемлемые только для открытых систем.

Как видно из приведенного определения, оно не содержит указания на нуклеиново-белковый характер субстратов живых систем. Это обусловлено тем фактом, что все три свойственные живым системам особенности принципиально могут быть реализованы не только на основе нуклеиново-белковых субстратов, но и на иной химической основе, в связи, с чем этот нуклеиново-белковый вариант организации живой системы не может найти отражения в ее общем определении.

Попытки обосновать общее определение живой системы, исходя, из нуклеиново-белковой природы земной жизни закономерно приводят к ограничительному толкованию этого понятия. Одним из примеров такого подхода может служить хотя бы следующее определение: «Живыми называются такие системы, которые обладают нуклеиновыми кислотами и белками и способны сами синтезировать эти вещества. Это определение неприложимо к древнейшим ступеням возникновения жизни, а также к существующим, возможно, внеземным живым системам, которые могут быть устроены иначе». Как видно из этого текста, подобное определение требует немедленных оговорок по поводу ограниченности сферы его применения. Кроме уже содержащихся в этом тексте ограничений, авторам вышеприведенного определения приходится считать, что вирусы — это объекты, «состоящие из нуклеиновых кислот и белков, но не являющиеся живыми», что противоречит их же собственному определению живой системы. Таким образом, попытки определения живой системы на основе констатации нуклеиново-белковой природы земных организмов исходят из предпосылок частного характера, т.е. страдают геоцентризмом и в этом смысле отражают пройденный этап развития биологии.

Наше определение не содержит также и упоминания о метаболической деятельности живых систем, поскольку она не свойственна закрытым живым системам.

Далее, в нашем определении ничего не сказано о способности живых систем к самовоспроизведению. Это связано с тем, что не все живые системы являются самовоспроизводящимися. Достаточно вспомнить многие бесплодные касты насекомых, например рабочих пчел и термитов и т.п.: все они представляют собою примеры несамовоспроизводящихся живых систем. То же можно сказать и о многих живых системах надорганизменного уровня, к которым понятие «самовоспроизведения» неприменимо, каковы, в частности, временные, миграционные стаи многих животных — различных рыб, птиц и др.

Наше определение не содержит и указаний на способность живых систем к эволюции, поскольку эволюционировать, способны не все, а только метаболически активные самовоспроизводящиеся живые системы. Что же касается закрытых живых систем, представленных организмами, находящимися в состоянии полного анабиоза, то они не способны ни к самовоспроизводству, ни к эволюции, поскольку существуют в форме нефункционирующей структурной системы организма. Эволюционное развитие адаптации, обеспечивающих биологическую допустимость анабиотических состояний, происходит лишь за счет тех или иных генетических изменений, возникающих в метаболически активных фазах онтогенеза, тогда как в состоянии полного анабиоза, когда живая система является закрытой, она способна лишь испытывать элиминирующее действие естественного отбора под влиянием определенных агрессивных факторов среды. Однако направление этой элиминации всецело обусловлено развитием организма в метаболически активных фазах онтогенеза. Иначе говоря, процесс эволюции как таковой всегда ограничен периодами метаболически активной жизни, т. е. свойствен не всем, а только метаболически активным живым системам.

На основе общего определения живой системы открытая и закрытая живые системы могут быть определены следующим образом.

Открытая живая система метаболически активная живая система, существующая на основе постоянного, активно осуществляемого обмена веществом и энергией с окружающей ее внешней средой, в ходе которого, в соответствии с программой развития системы, обеспечиваются ее сохранение и самовоспроизведение и создаются предпосылки к ее адаптивной эволюции.

Закрытая живая система метаболически неактивная живая система, не осуществляющая обмена веществом с окружающей ее внешней средой и существующая в форме комплекса нефункционирующих жизнеспособных структур. Всем живым системам любого уровня сложности, как организменным, так и надорганизменным, совершенно независимо от их функционально-структурных особенностей, элементарной основы и всех других качеств, свойственно наличие определенной собственной программы развития, реализация которой обеспечивает сохранение системы в меняющихся условиях внешней среды.

Наличие собственной программы развития — важнейшая особенность живых систем,определяющая все их другие специфические свойства.

В зависимости от уровня функциональной организации живой системы собственная программа ееразвития существенно изменяется по своей структуре, сложности и степени централизации. В связи с этим значительные различия существуют между собственными программами развития организменных и надорганизменных систем.

У организмов собственная программа развития имеет в своей основе генетическую программу, материализованную на молекулярном уровне в виде генома. Генетическая программа содержит конкретную генетическую информацию, необходимую для обеспечения онтогенетического развития организменной системы и ее самовоспроизведения в цикле развития вида. Эта программа в своей основе имеет: 1) закономерности кодирования, транскрипции и трансляции генетической информации; 2) закономерности репликации и сегрегации генетического материала; 3) закономерности самосборки первичных биологических структур, т. е. совокупности сложных биополимеров — нуклеиновых кислот и белков, взаимодействие между которыми обеспечивает возможность саморегуляции живых систем организменного уровня.

Собственная программа развития организма всегда является централизованной, однако формы и степень этой централизации различны в зависимости от уровня структурной агрегации организменной системы. Монобионтная программа развития всегда централизована на генетическом уровне, т.е.построена по принципу генетического моноцентризма; метабионтная программа лишена генетического моноцентризма и централизована уже на уровне межклеточных взаимодействий; а централизация ценометабионтной программы осуществляется на уровне взаимодействий многоклеточных суборганизменных структурных блоков, имеющих ранг метабионтов. Таким образом, с повышением уровня структурной агрегации организменной системы уровень централизации ее собственной программы развития закономерно удаляется от молекулярного уровня материализации генетической программы. Только у монобионтов эти уровни совпадают, и генетическая программа представляет собою единственный элемент собственной программы развития организма, которая вследствие этого является генетически моноцентричной. В метабионтных и ценометабионтных организменных системах этот моноцентризм генетической программы сохраняется только на своем прежнем, монобионтном уровне, т.е. на уровне клетки.

Централизация собственной программы развитияважнейшая особенность информационной структуры организменных живых систем. Эта особенность, связанная с функционально-структурной целостностью и неделимостью организма, принципиально отличает любые организменные системы от надорганизменных.

В надорганизменных живых системах подобная централизованная программа развития отсутствует. Собственная программа развития надорганизменной системы формируется как интегральный результат взаимодействия некоторого множества ее централизованных подпрограмм, т.е. собственных программ развития тех организмов, которые образуют данную надорганизменную систему. Этот интегральный генофонд надорганизменной системы в конечном итоге образует столь же определенную программу ее развития на основе тех же принципов самовоспроизведения и саморегуляции, что и в случае отдельных организмов.

Способность к активному оперированию информациейстоль же специфична для живых систем, как и само наличие собственной программы развития. Все биологические процессы связаны с той или иной формой активного оперирования с информацией и могут осуществляться лишь на основе постоянного поддержания в живой системе строго определенных параметров информационных потоков.

Говоря об активном оперировании информацией, мы хотели бы обратить внимание на тот факт, что неживые системы способны только к пассивному информационному обмену с окружающей их средой, который не включает в себя регулирование информационных потоков и специальную обработку поступающей в систему информации. Для живых систем характерно, напротив, 1) постоянное активное регулирование параметров двусторонних информационных потоков, связывающих систему с внешней средой, и 2) постоянная обработка, накопление и хранение поступающей в систему информации, что составляет необходимое условие реализации собственной программы развития живой системы.

Таким образом, развертывание собственной программы развития живой системы состоит в постоянном оперировании информацией,без чего эта программа не может быть реализована. Как некоторый конечный по объему комплекс информации собственная программа развития сама по себе еще не является достаточной для управления всей совокупностью жизненных процессов, осуществляемых живой системой. Информационный комплекс программы может быть приведен в действие лишь на основе постоянного притока информации извне, т. е. во взаимодействии с информационным полем окружающей среды, что представляет собою один из аспектов взаимосвязи живой системы с окружающей средой.

Информационный баланс живой системы всегда является положительным.Это правило не имеет исключений и составляет основу понимания жизни как процесса, связанного с уменьшением энтропии в живых системах при одновременном возрастании ее в окружающей их среде. Антиэнтропичность живых систем выражается, в частности, в их роли как концентраторов информации, своеобразных «информационных сгустков».

Способность живых систем к концентрированию информацииобусловлена их иерархической структурой и их высокой функционально-структурной сложностью.

Наличие собственной программы развития — изначальное свойство живых систем.Именно возникновение программы развития, представляющей собою необходимое условие самоповторения системы, привело к появлению организмов как относительно стабильных в качественном отношении дискретных единиц живого и явилось исходным пунктом собственно биологической эволюции. В этом смысле эволюция организмов есть эволюция их собственных программ развития.

Пространственно-временная дискретность живого, находящая свое выражение в существовании организмов, предъявляет весьма жесткие требования к структуре и качеству информационного потока как врамках онтогенеза, где этот поток определяет все элементы функционально-структурной специфики развивающейся организменной системы и порядок выражения отдельных морфопоэтических факторов, так и в филогенетическом, эволюционном плане, где от упорядоченности информационного потока зависит точность передачи всех свойств живой системы в чреде поколений и, соответственно, мера преемственности результатов эволюционного процесса. Эти строго определенные параметры информационного потока, создающего достаточную основу для управления процессами онтогенеза и филогенеза, и обеспечиваются конкретной программой развития, содержащейся в материализованной форме в живых системах организменного уровня. Естественно поэтому, что без собственной программы развития были бы невозможны ни самовоспроизводство живых систем, ни их эволюция.

В необозримом многообразии живых систем можно различать разные уровни сложности собственной программы развития системы и различные формы записи ее элементов, но это — уже второстепенные детали. Главное и общее состоит в том, что собственная программа развития свойственна всем живым системам и всегда функционирует во взаимосвязи с информационным полем окружающей среды, причем живая система непрерывно потребляет информацию извне и активно оперирует ею. Заметим, что под оперированием информацией следует понимать не только традиционно включаемые в это понятие действия органов чувств или обмен химическими сигналами внутри организма, но также и усвоение различных веществ в процессе питания или акцептора электронов впроцессе дыхания. Действительно, в этом смысле вряд ли можно видеть принципиальную разницу между усвоением молекул любого вещества вкишечнике и восприятием мышечной клеткой медиатора, выделяемого аксоном в синоптическую щель. В обоих случаях происходит усвоение информации, содержащейся вструктуре конкретной молекулы, только в первом случае эта информация подвергается организмом длительной переработке, тогда как во втором — анализ ее совершается в доли секунды.





















































II Свойства живых систем.



1.IIОсновные свойства живых систем



Для живых систем характерен ряд свойств, которые в совокупности «делают» живое живым. Такими свойствами являются самовоспроизведение, специфичность организации, упорядоченность структуры, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой.
Самовоспроизведение (репродукция). Это свойство является важнейшим среди всех остальных. Замечательной особенностью является то, чтосамовоспроизведение тех или иных организмов повторяется в неисчислимых количествах генераций, причем генетическая информация о самовоспроизведении закодирована в молекулах ДНК. Положение «все живое происходит только от живого» означает, что жизнь возникла лишь однажды и что с тех пор начало живому дает только живое. На молекулярном уровне самовоспроизведение происходит на основе матричного синтеза ДНК, которая программирует синтез белков, определяющих специфику организмов. На других уровнях оно характеризуется чрезвычайным разнообразием форм и механизмов, вплоть до образования специализированных половых клеток (мужских и женских). Важнейшее значение самовоспроизведения заключается в том, что оно поддерживает существование видов, определяет специфику биологической формы движения материи.
Специфичность организации. Она характерна для любых организмов, в результате чего они имеют определенную форму и размеры. Единицей организации (структуры и функции) является клетка. В свою очередь клетки специфически организованы в ткани, последние — в органы, а органы — в системы органов. Организмы не «разбросаны» случайно в пространстве. Они специфически организованы в популяции, а популяции специфически организованы в биоценозы. Последние вместе с абиотическими факторами формируют биогеоценозы (экологические системы), являющиеся элементарными единицами биосферы.
Упорядоченность структуры. Для живого характерна не только сложность химических соединений, из которого оно построено, но и упорядоченность их на молекулярном уровне, приводящая к образованию молекулярных и надмолекулярных структур. Создание порядка из беспорядочного движения молекул — это важнейшее свойство живого, проявляющееся на молекулярном уровне. Упорядоченность в пространстве сопровождается упорядоченностью во времени. В отличие от неживых объектов упорядоченность структуры живого происходит за счет внешней среды. При этом в среде уровень упорядоченности снижается.
Целостность (непрерывность) и дискретность (прерывность). Жизнь целостна и в то же время дискретна как в плане структуры, так и функции. Например, субстрат жизни целостен, т. к. представлен нуклеопротеидами, но в то же время дискретен, т. к. состоит из нуклеиновой кислоты и белка. Нуклеиновые кислоты и белки являются целостными соединениями, однако тоже дискретны, состоя из нуклеотидов и аминокислот (соответственно). Репликация молекул ДНК является непрерывным процессом, однако она дискретна в пространстве и во времени, т. к. в ней принимают участие различные генетические структуры и ферменты. Процесс передачи наследственной информации тоже является непрерывным, но он дискретен, т. к. состоит из транскрипции и трансляции, которые из-за ряда различий между собой определяют прерывность реализации наследственной информации в пространстве и во времени. Митоз клеток также непрерывен и одновременно прерывен. Любой организм представляет собой целостную систему, но состоит из дискретных единиц — клеток, тканей, органов, систем органов. Органический мир также целостен, поскольку существование одних организмов зависит от других, но в то же время он дискретен, состоя из отдельных организмов.
Рост и развитие. Рост организмов происходит путем прироста массы организма за счет увеличения размеров и числа клеток. Он сопровождается развитием, проявляющимся в дифференцировке клеток, усложнении структуры и функций. В процессе онтогенеза формируются признаки в результате взаимодействия генотипа и среды. Филогенез сопровождается появлением гигантского разнообразия организмов, органической целесообразностью. Процессы роста и развития подвержены генетическому контролю и нейрогуморальной регуляции.
Обмен веществ и энергии. Благодаря этому свойству обеспечивается постоянство внутренней среды организмов и связь организмов с окружающей средой, что является условием для поддержания жизни организмов. Живые клетки получают (поглощают) энергию из внешней среды в форме энергии света. В дальнейшем химическая энергия преобразуется в клетках для выполнения многих работ. В частности, для осуществления химической работы в процессе синтеза структурных компонентов клетки, осмотической работы, обеспечивающей транспорт разных веществ в клетки и вывод из них ненужных веществ, и механической работы, обеспечивающей сокращение мышц и передвижение организмов. У неживых объектов, например, в машинах химическая энергия превращается в механическую только в случае двигателей внутреннего сгорания.
Таким образом, клетка является изотермической системой. Между ассимиляцией (анаболизмом) и диссимиляцией (катаболизмом) существует диалектическое единство, проявляющееся в их непрерывности и взаимности. Например, непрерывно проходящие в клетке превращения углеводов, жиров и белков являются взаимными. Потенциальная энергия поглощаемых клетками углеводов, жиров и белков превращается в кинетическую энергию и тепло по мере превращения этих соединений. Замечательной особенностью клеток является то, что они содержат ферменты. Будучи катализаторами, они ускоряют протекание реакций, синтеза и распада в миллионы раз, при этом в отличие от органических реакций осуществляемых с использованием искусственных катализаторов (в лабораторных условиях), ферментативные реакции в клетках осуществляются без образования побочных продуктов.
В живых клетках энергия, полученная из внешней среды, накапливается в виде АТФ (аденозинмонофосфата). Теряя концевую фосфатную группу, что имеет место при передаче энергии другим молекулам, АТФ превращается в АДФ (аденозиндифосфат). В свою очередь, получая фосфатную группу (за счет фотосинтеза или химической энергии), АДФ может снова превратиться в АТФ, т. е. стать главным носителем химической энергии. Такие особенности у неживых систем отсутствуют.
Обмен веществ и энергии в клетках ведет к восстановлению (замене) разрушенных структур, к росту и развитию организмов.
Наследственность и изменчивость. Наследственность обеспечивает материальную преемственность между родителями и потомством, между поколениями организмов, что в свою очередь обеспечивает непрерывность и устойчивость жизни. Основу материальной преемственности в поколениях и непрерывности жизни составляет передача от родителей к потомству генов, в ДНК которых зашифрована генетическая информация о структуре и свойствах белков. Характерной особенностью генетической информации является ее чрезвычайная стабильность.
Изменчивость связана с появлением у организмов признаков, отличных от исходных, и определяется изменениями в генетических структурах. Наследственность и изменчивость создают материал для эволюции организмов.
Раздражимость. Реакция живого на внешние раздражения является проявлением отражения, характерного для живой материи. Факторы, вызывающие реакцию организма или его органа, называют раздражителями. Ими являются свет, температура среды, звук, электрический ток, механические воздействия, пищевые вещества, газы, яды и др.
У организмов, лишенных нервной системы (простейшие и растения), раздражимость проявляется в виде тропизмов, таксисов и настий. У организмов, имеющих нервную систему, раздражимость проявляется в виде рефлекторной деятельности. У животных восприятие внешнего мира осуществляется через первую сигнальную систему, тогда как у человека в процессе исторического развития сформировалась еще и вторая сигнальная система. Благодаря раздражимости организмы уравновешиваются со средой. Избирательно реагируя на факторы среды, организмы «уточняют» свои отношения со средой, в результате чего возникает единство среды и организма.
Движение. Способностью к движению обладают все живые существа. Многие одноклеточные организмы двигаются с помощью особых органоидов. К движению способны и клетки многоклеточных организмов (лейкоциты, блуждающие соединительнотканные клетки и др.), а также некоторые клеточные органеллы. Совершенство двигательной реакции достигается в мышечном движении многоклеточных животных организмов, которое заключается в сокращении мышц.
Внутренняя регуляция. Процессы, протекающие в клетках, подвержены регуляции. На молекулярном уровне регуляторные механизмы существуют в виде обратных химических реакций, основу которых составляют реакции с участием ферментов, обеспечивающие замкнутость процессов регуляции по схеме синтез — распад — ресинтез. Синтез белков, включая ферменты, регулируется с помощью механизмов репрессии, индукции и позитивного контроля. Напротив, регуляция активности самих ферментов происходит по принципу обратной связи, заключающейся в ингибировании конечным продуктом. Известно также регулирование путем химической модификации ферментов. В регуляции активности клеток принимают участие гормоны, обеспечивающие химическую регуляцию.
Любое повреждение молекул ДНК, вызванное физическими или химическими факторами воздействия, может быть восстановлено с помощью одного или нескольких ферментативных механизмов, что представляет собой саморегуляцию. Она обеспечивается за счет действия контролирующих генов и в свою очередь обеспечивает стабильность генетического материала и закодированной в нем генетической информации.
Специфичность взаимоотношений со средой. Организмы живут в условиях определенной среды, которая для них служит источником свободной энергии и строительного материала. В рамках термодинамических понятий каждая живая система (организм) представляет собой «открытую» систему, позволяющую взаимно обмениваться энергией и веществом в среде, в которой существуют другие организмы и действуют абиотические факторы. Следовательно, организмы взаимодействуют не только между собой, но и со средой, из которой они получают все необходимое для жизни. Организмы либо отыскивают среду, либо адаптируются (приспосабливаются) к ней. Формами адаптивных реакций являются физиологический гомеостаз (способность организмов противостоять факторам среды) и гомеостаз развития (способность организмов изменять отдельные реакции при сохранении всех других свойств). Адаптивные реакции определяются нормой реакции, которая генетически детерминирована и имеет свои границы. Между организмами и средой, между живой и неживой природой существует единство, заключающееся в том, что организмы зависят от среды, а среда изменяется в результате жизнедеятельности организмов. Результатом жизнедеятельности организмов является возникновение атмосферы со свободным кислородом и почвенного покрова Земли, образование каменного угля, торфа, нефти и т. д.
Обобщая сведения о свойствах живого, можно заключить, что клетки представляют собой открытые изотермические системы, которые способны к самосборке, внутренней регуляции и к самовоспроизведению. В этих системах осуществляется множество реакций синтеза и распада, катализируемых ферментами, синтезируемыми внутри самих клеток.
Свойства, перечисленные выше, присущи только живому. Некоторые из этих свойств обнаруживаются и при исследовании тел неживой природы, однако у последних они характеризуются совершенно другими особенностями. Например, кристаллы в насыщенном растворе соли могут «расти». Однако этот рост не имеет тех качественных и количественных характеристик, которые присущи росту живого. Между свойствами, характеризующими живое, существует диалектическое единство, проявляющееся во времени и пространстве на протяжении всего органического мира, на всех уровнях организации живого.

2.IIОпределенный состав и упорядоченность.

  1. 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.

  2. Клеточное строение: Все живые организмы имеют клеточное строение, за исключением вирусов. Это единица строения всех живых организмов. На клеточном уровне осуществляется превращение веществ и энергии и передача информации.

  3. Метаболизм. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания, и выделяя продукты жизнедеятельности. Смысл биотических круговоротов заключается в преобразовании молекул, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма и, таким образом, непрерывность его функционирования в постоянно меняющихся условиях внешней среды (поддержание гомеостаза) .

  4. Питание - процессы, включающие поступление в организм питательных веществ, их переваривание, всасывание и усвоение. В результате живые организмы получают химические соединения, которые необходимы для жизнедеятельности, роста и размножения. В процессе питания животные используют солнечную энергию, накопленную растениями.

  5. Дыхание - одна из главных функций организма. Включает процессы поступления кислорода в организм, использование его в химических реакциях (окислительно-восстановительных), удаление углекислого газа и некоторых других соединений, конечных продуктов метаболизма из организма. Потребляемый кислород участвует в процессе расщепления органических веществ, в результате которого происходит выделение энергии, необходимой для жизнедеятельности.

  6. Репродукция, или самовоспроизведение, - способность живых систем воспроизводить себе подобных. Этот процесс осуществляется на всех уровнях организации живого;
    а) редупликация ДНК - на молекулярном уровне;
    б) удвоение пластид, центриолей, митохондрий в клетке - на субклеточном уровне;
    в) деление клетки путем митоза - на клеточном уровне;
    г) поддержание постоянства клеточного состава за счет размножения отдельных клеток - на тканевом уровне;
    д) на организменном уровне репродукция проявляется в виде бесполого размножения особей (увеличение численности потомства и преемственность поколений осуществляется за счет митотического деления соматических клеток) или полового (увеличение численности потомства и преемственность поколений обеспечиваются половыми клетками - гаметами).

  7. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение.

  8. Изменчивость - это способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения биологических матриц - молекул ДНК.

  9. Рост и развитие. Рост - процесс, в результате которого происходит изменение размеров организма (за счет роста и деления клеток). Развитие - процесс, в результате которого происходит качественно изменение организма. Под развитием живой природы - эволюции понимают необратимое, направленное, закономерное изменение объектов живой природы, которое сопровождается приобретением адаптации (приспособлений), возникновением новых видов и вымиранием прежде существовавших форм. Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом.

Онтогенез - это индивидуальное развитие организма, начиная от одной клетки (зиготы, образующейся при слиянии яйцеклетки и сперматозоида) до взрослого многоклеточного существа с множеством специализированных тканей и органов. Необходимость объединения этих подуровней в один онтогенетический уровень вызвана двумя причинами. Во-первых, зигота - по сути, обычная клетка - уже представляет организм, хотя и на одноклеточной стадии развития. Во-вторых, в природе существуют не только многоклеточные, но и одноклеточные организмы, как животного, так и растительного свойства - амеба, инфузория, эвглена, хлорелла и др. Бактерии - особо мелкие и безъядерные (прокариотные) клетки - тоже самостоятельные организмы, хотя живут обычно колониями. Так что понятия «клетка» и «организм» в определенных случаях совпадают.

Из сказанного следует очень важный вывод: клетка является наименьшей, то есть элементарной живой системой, так как ей присущи все свойства живого организма, свойства жизни как явления. Клетка, как и многоклеточный организм способна питаться, поглощать энергию, синтезировать вещества, двигаться, реагировать на раздражители, размножаться, приспосабливаться и д.т. Этому способствует достаточно высокая степень структурной дискретности - внутреннее расчленение клетки на органоиды, изолированные отсеки - особенно выраженная у высших, эукариотных клеток (рис. 3).

Ris_3

Рис. 3. Схема организации про- и эукариотной клеток.


Существует нерешенная проблема клеточного уровня (подуровня), связанная с наличием в природе двух типов клеточной организации - прокариот и эукариот. Прокариоты (доядерные) - это мелкие (около 1 мкм) клетки, не имеющие ядра и других органоидов, типичных для эукариот. Наследственное вещество - ДНК - лежит свободно в цитоплазме, а прочие функциональные блоки тоже представлены небольшими макромолекулярными комплексами без оболочек. К прокариотам относятся все бактерии и так называемые сине-зеленые водоросли.Эукариоты (с настоящим ядром) - крупные (10-50 и более мкм) клетки, в которых ДНК в форме хромосом заключена в ядре и большинство рабочих структур, ферментов организовано в изолированных органоидах. Изолирующую роль для ядра и органоидов выполняют такие же липидно-белковые мембраны, как и мембрана клеточной поверхности. Эукариотную организацию имеют одноклеточные простейшие (амеба, инфузория и другие) и клетки многоклеточных организмов: грибов, растений, животных, включая человека. Суть проблемы не в размерных и даже не в структурных различиях двух типов клеток, а в том, что некоторые органоиды эукариотных клеток, такие как митохондрии и хлоропласты, похожи напрокариот - бактерий и сине-зеленых водорослей. Они имеют собственную ДНК, аппарат синтеза белка (рибосомы), систему энергообеспечения и, таким образом, мало зависят от других структур клетки, в частности от ядерной ДНК. На этом основании разработана симбиотическая гипотеза о происхождении эукариотной клетки на основе симбиоза (взаимовыгодного объединения) некогда самостоятельных прокариотных клеток. В таком случае про- и эукариотные клетки не только по уровню сложности, но и по происхождению должны представлять разные - низший и высший - подуровни клеточного уровня организации. Этот пример показывает, что приведенная и общепринятая система уровней организации жизни не отражает всей сложности отношений между уровнями и подуровнями. Да и число подуровней можно увеличить, поскольку иерархическая сложность систем на самом деле значительно богаче.

Ткани и органы представляют основные промежуточные подуровни между клеткой и организмом. Естественно, что эти подуровни можно выделить только у многоклеточных животных, растений, грибов.

Например, у человека различают эпителиальную (покровную) ткань, мышечную, нервную и соединительную (рыхлую, плотную, хрящевую, костную, кровь и лимфу). Ткани состоят из клеток и межклеточного связующего вещества. Органы состоят из разных тканей. Так, сердце кроме основной мышечной ткани включает рыхлую соединительную, кровь, нервные элементы и эпителиальные оболочки. Головной мозг наряду с нервными клетками содержит питающие их кровеносные сосуды, желудочки, выстланные специальным эпителием. Многие органы объединены в системы органов (пищеварительную, кровеносную и др.).

Наконец, многоклеточный организм, как и отдельная клетка, представляет законченный и устойчивый уровень биологической организации. Организм, или особь, способен к самостоятельному существованию, размножению и развитию.


10.
Приспособленность. Это 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.
11.
Раздражимость. Способность живых организмов избирательно 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. Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется через посредство нервной системы и называется рефлексом. Организмы, которые не имеют нервной системы, лишены и рефлексов. У таких организмов реакция на раздражение осуществляется в разных формах:
а) таксисы - это направленные движения организма в сторону раздражителя (положительный таксис) или от него (отрицательный). Например, фототаксис - это движение в направлении к свету. Различают также хемотаксис, термотаксис и др.;
б) тропизмы - направленный рост частей растительного организма по отношению к раздражителю (геотропизм - рост корневой системы растения по направлению к центру планеты; гелиотропизм - рост побеговой системы по направлению к Солнцу, против силы тяжести);
в) настии - движения частей растение по отношению к раздражителю (движение листьев в течение светового дня в зависимости от положения Солнца на небосводе или, например, раскрытие и закрытие венчика цветка).
12.
Дискретность (деление на части). Отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз др.) состоит из отдельных изолированных, т. е. обособленных или отграниченных в пространстве, но, тем не менее, связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Клетки состоят из отдельных органоидов, ткани - из клеток, органы - из тканей и т. п. Это свойство позволяет осуществить замену части без остановки функционирования целостной системы и возможность специализации различных частей на неодинаковых функциях.
13.
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. Так, клетка и организм - относительно более целостные биосистемы, чем биогеоценоз. Это проявляется в том, то состав частей клетки и организма менее изменчив, чем состав биогеоценоза. На биогеоценотическом и биосферном уровне в состав биосистем входят как живые, так и неживые компоненты (причем, неживые компоненты, например отмершие ткани, могут вновь интегрироваться в состав организмов, а также биосистем других уровней).



Все живые системы отличаются высокой упорядоченностью,которая проявляется вих целостной, иерархической функционально-структурной организации и находит свое выражение во взаимообусловленности всех отдельных элементов системы и их подчиненности ее общему функционально-структурному плану. И хотя эта иерархичность организации составляет общее свойство любых систем, в случае живых систем она приобретает совершенно особое значение,поскольку специфика этих систем создается благодаря их чрезвычайно высокой функционально-структурной сложности, которая требует исключительно тонкого согласования всех подсистем в пределах системы при весьма динамичном управлении всей многогранной совокупностью одновременно происходящих процессов, связанных с развитием этих подсистем.

Поэтому обеспечение экологически целесообразного интегрального результата деятельности живой системы, необходимого дляее сохранения и адаптивного развития, в любом случае возможно только на основе ее строго иерархической общей организации, при которой задача управления системой принципиально упрощается за счет того, что отдельные элементы этой сложной задачи могут решаться автономно и последовательно на отдельных иерархически соподчиненных уровнях системы. Только на основе этой иерархии процессов и структур в живой системе и становится возможным как фактически существующее в ней полное взаимосоответствие внутренних потоков информации, энергии и вещества, так и экологически целесообразное развитие ее информационных, энергетических и материальных связей с внешней средой. Иначе говоря, саморегуляция системы подобного уровня сложности может осуществляться только на основе ее строго иерархической, целостной организации.

Иерархическая структура как высшая форма упорядоченностисвойственна живым системам на всех уровнях организации, начиная с субмолекулярного уровня.

На субмолекулярном и молекулярном уровнях примерами иерархической организации живых систем могут служить любые биологические макромолекулы, и прежде всего гигантские молекулы нуклеиновых кислот и белков с их сложными, разноуровневыми эволюционно обусловленными субъединицами, архитектура которых непосредственно определена многогранными совокупностями внутримолекулярных связей различной природы. Не повторяя общеизвестных истин химии нуклеиновых кислот и белков, напомним лишь, что они организованы именно на основе жесткой многоуровневой функционально-структурной иерархии определенных элементарных блоков разной сложности. В этой связи рассмотрим несколько подробнее только один пример — структурную организацию глобулярных белков.

Пространственная структура глобулярного белка представляет собою результат сложной многоуровневой иерархической организации первичных компонентов — аминокислот, причем в первичной структуре, т. е. «в аминокислотной последовательности заключена полная информация... Поэтому между всеми уровнями имеется взаимосвязь, так что элементы более низких уровней определяют элементы более высоких уровней».

Первый структурный уровень, или 'первичная структура белка, представляет собою последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи, связанных между собою ковалентными связями. Второй структурный уровень, или вторичная структура белка,— это упорядоченное, энергетически предпочтительное спиральное или зигзагообразное расположение полипептидных цепей, стабилизированное за счет водородных связей. Третий структурный уровень, или третичная структура белка, определяет способ укладки полипептидной цепи с образованием очень компактной, плотно упакованной структуры — глобулы. Третичная, структура стабилизирована связями разнообразной природы. Четвертый структурный уровень, или четвертичная структура белка, представляет собою функционально целостные макроагрегаты из двух или большего числа полипептидных цепей — протомеров, т. е. так называемый олигомерный белок.

Важно подчеркнуть, что «в аминокислотной последовательности полипептидной цепи олигомерного белка закодирована информация не только о его третичной структуре, но также и о геометрической форме контактных участков, с которыми соединяются контактные участки других специфических протомеров. Таким образом, информация, содержащаяся в аминокислотной последовательности, может реализоваться на нескольких уровнях структурной организации — вторичном, третичном и четвертичном». Это ясно указывает на иерархический характер организации белка.

Общим для белка «свойством, проявляющимся на всех уровнях организации выше аминокислотного, является симметрия... Наличие сим- метрии и иерархии уровней белковых структур позволяет более ясно представить некоторые аспекты сложнейшей проблемы пространственной организации белковых молекул».

На надмолекулярном суборганизменномуровнеиерархичность организации живых систем общеизвестна и достаточно демонстративна: все названные структуры представляют собою конкретные подсистемы организма и как таковые принципиально возможны только в рамках целостной функционально-структурной системы организменного уровня.

На организменном уровнеиерархичность организации столь же очевидна, как и на суборганизменных уровнях: иерархическая соподчиненность всех функционально-структурных элементов организма составляет одну из его главных особенностей и характеризует его как неделимую единицу жизни.

На надорганизменном уровне иерархическая организация живых систем имеет место всегда, хотя в разных случаях может быть выражена в различной степени.

В структурно неупорядоченных временных надорганизменных системах эта иерархия может проявляться относительно слабо, примером чего могут служить хотя бы миграционные стаи мелких птиц, в частности многих воробьинообразных. Стая скворцов не является структурно упорядоченной в том смысле, что расположение птиц относительно друг друга в ней не подчиняется какому-либо твердому закону. В то же время поведение каждой птицы в летящей стае подчинено поведению стаи, в чем проявляется иерархическая, системная структура стаи.

Напротив, в структурно упорядоченных постоянных надорганизменных системах иерархическая структура выражена наиболее четко. В качестве примера можно указать ярусную структуру лиственного леса лесостепной зоны СССР, состоящего из основного — древесного яруса, ниже которого закономерно располагаются другие ярусы — кустарниковый, травяно-кустарничковый, моховой и т. д.; столь же выражена эта ярусность и по глубине укоренения растений. Такая ярусная иерархия над организменной системы леса оптимизирует распределение «сфер влияния» между представителями отдельных ярусов и тем самым ведет к наиболее полному освоению системой жизненных ресурсов.

Антиэнтропичность живых систем непосредственно связана именно с их упорядоченностью и проявляется в том, что свойственный им уровень энтропии ниже возможного максимума, соответствующего термодинамически равновесному состоянию системы. Поддержание такого состояния, когда уровень энтропии системы отличается от максимума, возможно в двух случаях:

при положительном энергобалансе системы, когда потребляемая ею из окружающей среды энергия больше выделяемой, что, в частности, соответствует метаболически активному состоянию живой системы; в плане общей теории систем это состояние должно быть определено как состояние открытой системы;

при отсутствии такого положительного энергобаланса, если система способна сохранять определенный, отличный от максимума, уровень энтропии только за счет своих структурных антиэнтропических свойств, препятствующих увеличению энтропии при отсутствии активно осуществляемого организмом материального обмена с окружающей средой, что, в частности, соответствует метаболически неактивному состоянию живой системы, т. е. состоянию полного анабиоза; с позиций общей теории систем такое состояние отвечает состоянию закрытой системы.

Оба эти состояния, в частности структурные антиэнтропические свойства закрытых живых систем. Важно подчеркнуть, что антиэнтропичность не есть какое-то самостоятельное свойство живых систем; она представляет собою лишь следствие реально существующей высокой упорядоченности этих систем.
14.
Авторегуляция - способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов - гомеостаз. Саморегуляция обеспечивается деятельностью регуляторных систем - нервной, эндокринной, иммунной и др. В биологических системах надорганизменного уровня саморегуляция осуществляется на основе межорганизменных и межпопуляционных отношений.
15.
Ритмичность. В биологии под ритмичностью понимают периодические изменения интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия).
Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой, т. е. на приспособление к периодически меняющимся условиям существования.
16.
Энергозависимость. Живые тела представляют собой "открытые" для поступления энергии системы. Под "открытыми" системами понимают динамические, т. е. не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи извне. Таким образом, живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают, энергия в виде пищи из окружающей среды.

17.Высокая функционально-структурная сложность. Общим свойством всех живых систем, независимо от общего уровня их организации, является их высокая функционально-структурная сложность.

При сколь угодно простой макроорганизации живые системы неизменно остаются высокосложными за счет своей специфической микроорганизации: при любой сложности макроорганизации живой системы ее интегральная сложность всегда определяется ее микроорганизацией на молекулярном и субмолекулярном уровнях. Принимая во внимание все информационные, энергетические и материальные аспекты молекулярной и субмолекулярной организации живых систем, следует признать, что преобладание этой молекулярной составляющей в интегральной сложности живой системы в любом случае столь значительно, что совокупность всех ее остальных, т.е. надмолекулярных, компонентов, бесспорно, имеет лишь подчиненное значение. В этом смысле можно сказать, что по степени суммарной сложности шимпанзе меньше отличается от вируса табачной мозаики, чем молекулярная организация шимпанзе от ее надмолекулярной организации.

Основанием для такого заключения служат общеизвестные истины молекулярной биологии. Представление о степени информационной и функционально-структурной сложности живых систем на молекулярном уровне дают хотя бы общеизвестные особенности генетического кода организмов. Достаточно напомнить, например, что один ген, обеспечивающий кодирование только одного полипептида, содержит примерно 1,5 X. X 103 нуклеотидных пар в ДНК, а палиндромные последовательности в ДНК эукариот, представляющие собою области узнавания для рестриктаз, содержат до 1,2 • 103 нуклеотидных пар. В свете подобных цифр, число которых можно было бы увеличить, высокая информационная и функционально-структурная сложность молекулярной организации живых систем представляется достаточно очевидной.

Естественно, что пример с шимпанзе не претендует на абсолютную точность; однако он, несомненно, верно отражает нашу общую мысль о решающей роли молекулярных особенностей в определении общего интегрального уровня сложности живой системы. Это, разумеется, не дает нам права сбрасывать со счетов элементы сложности надмолекулярных уровней; суть дела состоит лишь в том, что совокупность этих надмолекулярных элементов по своему относительному значению в суммарном выражении сложности живой системы любого ранга явно уступает молекулярной составляющей.

Такое положение вполне соответствует тому факту, что все происходящие в организмах важнейшие жизненные процессы, связанные с изменениями информационных, энергетических и материальных состояний живой системы, структурно обеспечены на молекулярном и субмолекулярном уровнях. Именно это обстоятельство делает возможным, в частности, существование неклеточных живых систем, т. е. вирусов, у которых вся функционально-структурная организация ограничена уровнем макромолекул и сравнительно несложных надмолекулярных агрегатов. В этом одно из важнейших свидетельств особой весомости молекулярного уровня в многоуровневой целостной конструкции живых систем любой сложности.

Высокая сложность живых систем, основанная на их упорядоченной, строго иерархической функционально-структурной организации, в сочетании с программным управлением всеми протекающими в рамках системы процессами информационного, энергетического и материального плана, и создает ту глубокую специфику живых систем, которая поднимает их на более высокий, качественно новый уровень организации, принципиально отличающий их от объектов неживой природы.

Принимая во внимание все сказанное, мы можем заметить, что с принципиальной стороны жизнь как общее явление во Вселенной представляет собою феномен скорее кибернетического, чем субстратного плана. В конечном итоге не белки и не нуклеиновые кислоты как конкретные полимерные субстраты, а прежде всего их свойства как накопителей и преобразователей информации явились необходимой основой формирования антиэнтропическихсамоповторяющихся и эволюционирующих, т. е. живых, систем: при наличии этих информационных свойств на какой-либо иной субстратной основе явление жизни в принципе могло бы развиться с таким же успехом.

Понятие живой системы относится к объектам весьма различного уровня сложности. Содержание этого понятия может быть определено лишь в терминах биокибернетики и в соответствии с идеей системной организации, на основе учета некоторых общих принципов функционирования живых систем, в частности в аспектах связей, контроля и управления. В соответствии с этим в общем определении живой системы не могут найти отражения конкретно-биологические особенности, характеризующие специфику тех или иных частных систем любого уровня: такие особенности могут быть учтены лишь в определениях живых систем конкретного уровня сложности, например в определении открытой и закрытой живых систем.

Принимая во внимание большое разнообразие уровней организации известных в настоящее время живых систем и существующие между ними различия в формах их связей с окружающей их средой, общее определение живой системы можно сформулировать в следующем виде.



3.IIПериодический закон развития живых систем



В ходе биологической эволюции уровень функционально-структурной сложности живых систем изменяется двояким путем:

1) на дискретной основе, благодаря периодической агрегации доорганизменных или организменных систем в системы более высокого уровня структурной сложности. При этом структурная сложность систем увеличивается сразу на порядок: исходные системы в результате акта агрегации становятся подсистемами новой системы более высокого уровня структурной сложности. Именно таким путем происходило становление монобионтов, метабионтов и ценометабионтов;

2) путем медленных, постепенных изменений тех или иных элементов системы, в ходе которых новое качество накапливается в рамках определенного уровня структурной агрегации — монобионтного, метабионтного» или ценометабионтного. Так происходит адаптивная эволюция монобионтов, метабионтов и ценометабионтов.

Целостная картина развития земной жизни представляет собою сочетание обоих этих путей и рисуется как сложный мультициклический процесс, подчиненный некоторому периодическому закону и состоящий в смене повторяющихся циклов, каждый из которых отличается от предыдущего более высоким уровнем структурной агрегации живой системы. В соответствии с этим выделяются три эры развития жизни на нашей планете, качественно различные по агрегатной структуре организмов: 1) монобионтная, в течение которой живые существа были представлены только монобионтами; 2) монометабионтная, в течение которой организмы были представлены монобионтами и метабионтами; 3) моно-мета-ценоме-табионтная, характеризующаяся присутствием в земной биоте одновременно всех трех структурно различных групп организмов — монобионтов, метабионтов и ценометабионтов — и продолжающаяся до настоящего времени.

Таким образом, в историческом развитии жизни на Земле происходили определенные периодические процессы, связанные с закономерной, циклической структурной агрегацией живых систем, составлявшей основу их адаптивного функционально-структурного усложнения. Эти периодические процессы могут быть описаны в виде периодического закона развития живых систем, сущность которого можно сформулировать следующим образом: эволюция организмов происходит на основе их периодической структурной агрегации, в ходе которой исходные доорганизменные или организменные системы становятся подсистемами новой организменной системы, более высокого структурного уровня.

Периодический закон развития живых системотражает, следовательно, одну из наиболее общих особенностей их исторического развития — неравномерность и цикличность их эволюции.

В связи с задачами настоящего исследования — изучением экоморфотражающих конкретную специфику организмов,— заметим, что организменный уровень организации живой системы в структурном отношении не является, следовательно, однозначным, а представлен тремя структурно различными уровнями, что имеет существенное значение при оценке особенностей экоморф самых различных организмов.

К настоящему времени накоплен определенный арсенал знаний по философии биологии. Это прежде всего введение в научный оборот идей В.И.Вернадского и его последователей — плеяды русских космистов: Н.А.Умова, Н.Г.Холодного (1882–В.Н.МуравьеваН.А.Сетницкого и многих современных исследователей.

Многие, думаю, помнят, что о смене лидера в естествознании заговорили сразу же после раскрытия структуры ДНК (1953 г.).

Думаю, что совершенно прав М.Рьюз, который в своей интересной работе “Философия биологии сегодня” замечает, что, во–первых, все проблемы биологии, по существу, являются частями одной общей проблемы — о статусе редукционистской исследовательской программы в биологической науке, а, во-вторых, в настоящее время не существует не только единой точки зрения по этому вопросу, но и единого подхода к ее рассмотрению.

Нет никаких сомнений в том, что наши представления о живом в значительной степени определяются научным взглядом на жизнь. То есть биологией.Как известно в системе все взаимосвязано, поэтому каждый день происходит динамика развития знаний направленных на изучение целостности живых систем, которые в свою очередь и есть жизнь.

В настоящее время все живые системы находятся под мощным воздействием вредных факторов окружающей среды, которые вызывают серьезные нарушения генетики, соматические и гаметические мутации организмов. Именно это свойство живых организмов побудило меня провести исследование по изучению изменения генотипа в нашей республике в связи с напряженной экологической обстановкой. Выяснили, что концентрация тяжелых металлов в почвах региона превышает допустимые нормы: по кадмию в 80 раз, вольфраму в 76, по свинцу и висмуту в 56 раз, молибдену в 46 раз и т.д. С каждым годом растет сдвиг в системе иммунитета жителей региона, что является развитием многих заболеваний. На первом месте стоит заболеваемость онкологией, затем патология беременности, органов дыхания. Многими учеными доказано, что любое повышение уровня мутагенов суммарно наносит вред наследственности человека. Груз наследственных болезней и скрытых мутаций в человеческой популяции и без того большой, за счет накопления генетических изменений в ходе эволюции. Экспериментальные данные о радиационном и химическом мутагенезе в соматических клетках накапливаются достаточно быстро и дают представление о разных типах изменений: хромосомные аберрации, сестринские хроматоидные обмены, генные мутации, изменение экспрессии генов, тератогенез, онкогенез, мутагенез.Э.Шредингер усмотрел в мутации глубокую аналогию с квантовым скачком в более организованное состояние каким, по его мнению, является ген или хромосома.

Мы уверены, что изучение мутации, зная ее влияние на геном, мы сможем в будущем предотвратить необратимые последствия дегенерации человечества.



























IIIУровни организации живых систем



Живая система представляет иерархию взаимосвязанных и взаимоподчиненных уровней организации. Иначе говоря - жизнь имеет многоуровневую организацию.

Между прочим, это означает, что любая система может рассматриваться как элемент более высокого уровня организации и, наоборот, элемент представляет систему для более низких уровней организации. То есть каждый уровень является одновременно и системой и элементом. Например, человек как организм является системой, состоящей из элементов-органов, и в то же время он сам является элементом - членом определенной популяции людей. Такой подход справедлив к любому живому объекту.

В целом же принято рассматривать четыре уровня организации живыхсистем, что в значительной степени условно, так как в них можно выделить множество подуровней (табл. 1).

Таблица 1. Уровни и подуровни организации живых систем



Уровни

Подуровни

Молекулярно-генетический

Органическая молекула

Макромолекула, в том числе ген

Макромолекулярный комплекс,

в том числе вирус

Органоид клетки

Онтогенетический

Клетка

Ткань

Орган

Организм

Популяционно-видовой

Популяция

Вид

Биогеоценотический

Сообщество, биоценоз

Биогеоценоз

Биосфера



Обозначенные в таблице уровни и подуровни представляют так называемые логические системы, они отражают сложность и иерархию структурно-функциональной организации биосистем в настоящее время. Кроме того, можно выделить исторические системы, условные объединения организмов, начиная с популяций, отражающие историю их происхождения и развития в ходе эволюции. Это - вид, род, семейство, отряд (порядок), класс, тип (отдел), царство, империя.

Дадим краткую характеристику структурно-функциональных (логических) уровней организации живых систем.









1. IIIМОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ

На уровне макромолекул степень сложности систем, по сравнению с обычными молекулами, растет. Однако этот уровень еще не достаточен для возникновения полноценной жизни.

Макромолекулами принято называть очень крупные, обычно полимерные (многозвенные) молекулы. В живых организмах различают четыре типа макромолекул: углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты (рис. 2). Они образуют химическую основу клеток, хотя некоторые углеводы и белки входят также в состав межклеточного вещества, обычно вместе с солями (основное вещество хряща, кости).

Рис. 2. Структура основных макромолекул.

Ris_2a

Ris_2b

Углеводы бывают простые - моносахариды (такие как глюкоза, лактоза) и сложные - полисахариды, образованные сотнями и тысячами соединенных моносахаридов. Некоторые полисахариды выполняют опорную функцию - целлюлоза (клетчатка) у растений, хитин у раков, насекомых, грибов. Но в основном углеводы используются как топливо для получения энергии (см. Тему 2).

Липиды, или жироподобные вещества, имеют длинные «хвосты» из углеродно-водородных единиц, прикрепленные к «головке» - видоизмененной молекуле глицерина. Хвосты отталкивают воду (гидрофобны), поэтому два слоя липидных молекул, обращенные друг к другу хвостами, образуют водо - и иононепроницаемую пленку - мембрану. Из мембран построены оболочки клеток и некоторых внутриклеточных органоидов. Кроме того, липиды, как и углеводы, заключают в себе много энергии и используются в качестве топлива.

Белки - основные биополимеры, так как выполняют большинство жизненных функций (см. Тему 2). Белковая цепь - полипептид - сложена из большого числа (50-100-500 и более) мономеров - аминокислот (включают аминогруппу -NH2 и кислотную группу -COOH). Имеется 20 разновидностей аминокислот, и чередование их беспорядочно (но строго определенно для каждого вида белка), так что возможное разнообразие белковых цепей бесконечно велико, что и дает возможность белкам выполнять очень разные функции. Наибольшим разнообразием отличаются белки-ферменты - катализаторы биохимических реакций.

Нуклеиновые кислоты (от латинского nuсleus - ядро) впервые были выделены из клеточных ядер и представляют самые сложные макромолекулы. Различают дезоксирибонуклеиновую кислоту - ДНК и рибонуклеиновую кислоту - РНК. ДНК - двухцепочечный полимер, РНК - одноцепочечный. Мономерами в обоих случаях являются довольно крупные и сложные молекулы - нуклеотиды. ДНК хранит информацию о структуре всех клеточных белков, РНК способствует ее реализации в момент синтеза новых белков (подробнее об этом см. Тему 3). Фрагмент ДНК, кодирующий структуру одной молекулы белка, называется геном.

Макромолекулы обычно объединяются в макромолекулярныекомплексы, или даже в особые структуры, называемые органоидами клетки (по аналогии с органами сложного организма). Типичными органоидами являются рибосомы - элементарные структуры, ведущие синтез белка, миофибриллы - сократимые нити в мышечных клетках, митохондрии - производители клеточной энергии, хромосомы - хранители ДНК, то есть генов.

Макромолекулы и их комплексы, гены, клеточные органоиды отвечают за отдельные свойства жизни - наследственность, синтезы, движение, энергетический обмен и др., но и эти свойства могут проявляться только в системе целостной клетки. Даже вирусы, которые считаются внеклеточными формами жизни, вне клетки представляют фактически макромолекулярные кристаллы, не способные размножаться, синтезировать белки, усваивать энергию. Поэтому некоторые ученые вообще не считают вирусы живыми образованиями.

Таким образом, отдельные молекулярно-генетические структуры не обеспечивают того критического уровня сложности, который можно было бы назвать полноценной жизнью.

2. IIIПОПУЛЯЦИОННО-ВИДОВОЙ УРОВЕНЬ

Вид - важнейшая биологическая категория, которая определяется как совокупность особей (организмов), обладающих наследственным сходством по морфологическим, физиологическим, генетическим, эколого-географическим признакам, способных свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство. Со времен Карла Линнея (выдающийся шведский натуралист 18 века) биологические виды обозначаются двойным наименованием на латинском языке - первое слово обозначает род, второе - вид. Например, Phaseolusvulgaris - фасоль обыкновенная, Passerdomesticus - воробей домовый, Homosapiens - человек разумный.

Главное в определении вида (его главный критерий) - способность особей скрещиваться и, более того, оставлять плодовитое потомство. В диких условиях особи разных видов не скрещиваются. Искусственно можно скрестить лошадь и осла, но их потомство - мул - бесплодно. Так что лошадь и осел - разные виды.

Каждый вид занимает на Земле определенный ареал - территорию или акваторию (эколого-географический критерий вида). Иногда это - небольшой, изолированный участок, например, Маньчжурская тайга для амурского тигра. Такие виды называют эндемичными, или эндемиками. В других случаях вид распространен по всему земному шару - виды-космополиты. Чаще ареал вида бывает разорван, вид существует отдельными группировками - популяциями.

Популяция - некоторая изолированная совокупность особей одного вида, длительное время населяющая определенный ареал и способная к свободному скрещиванию. Кроме ареала популяция имеет и определенную экологическую нишу. Если ареал - это адрес популяции, то экологическая ниша - ее образ жизни: состав пищи, враги, водный режим, ярус леса и т.п. Но главное качество популяции как единицы воспроизведения и эволюции биологических видов - доступность ее особей к свободному скрещиванию, то есть свободная комбинаторика родительских генов. Постепенное расхождение генетической структуры популяций рождает новые виды. Поэтому иногда трудно провести грань между популяцией и видом, поэтому эти категории и рассматриваются в рамках одного уровня организации (подробнее см. тему 5).

3. IIIБИОГЕОЦЕНОТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ

На этом уровне рассматриваются экологические системы: сообщество, биогеоценоз, биосфера.

Сообщество - совокупность популяций разных видов на определенной территории. Обычно специалисты (ботаники, зоологи, микробиологи) выделяют в сообщества объекты определенной категории: растительное сообщество - фитоценоз, сообщество животных - зооценоз, микроорганизмов - микробоценоз. Тогда совокупность всех совместно обитающих сообществ разных видов, представленных на ареале отдельными популяциями, образует высшее сообщество - биоценоз. Популяции разных видов в сообществе или биоценозе тесно взаимодействуют на основе разделения пищи и ярусов, взаимного использования продуктов обмена, отношений хищник-жертва, паразит-хозяин и т. д.

Любое живое сообщество, весь биоценоз способны существовать в определенных условиях внешней среды.Для наземных сообществ это - почва определенного типа, температура, влажность, освещенность; для водных - минеральный состав, соленость и аэрация воды, те же температура и освещенность, глубина, течения и др. Совокупность этих неживых (абиотических) факторов среды обитания сообществ обозначается как биотоп (дословно - место жизни).

Важнейшее обобщение современной экологии состоит в том, что неживая среда и населяющий ее биоценоз обмениваются веществом и энергией, находятся в тесном взаимодействии, поэтому биотоп и биоценоз складываются в единую систему - биогеоценоз. Биогеоценозы - это естественные (природные) экосистемы: лесные, степные, болотные, озерные, речные, морские и др. Но человек создает и искусственные экосистемы - в частности, агроценозы (сельскохозяйственные плантации, птицефабрики, животноводческие фермы и т.п.), аквариумы и рыборазводные пруды, очистные сооружения со специально подобранными сообществами микробов, водорослей, моллюсков-фильтраторов, наконец, космические станции с уникальным внутренним климатом и биологическим равновесием.

Высшим экосистемным объединением на Земле является биосфера - земная оболочка, населенная живыми существами. Основоположником учения о биосфере Земли является выдающийся российский натуралист и философ Владимир Иванович Вернадский (1863-1945). Основная мысль этого учения и созданной Вернадским науки биогеохимии состоит в том, что живой и неживой мир нашей планеты един, организмы и компоненты среды связаны обменом (круговоротом) веществ и энергии. Вершиной творческого наследия Вернадского является его представление о ноосфере - биосфере, обогащенной разумом человека. Разумная деятельность людей активно преобразует состав биосферы и становится все более важным фактором ее необратимой эволюции. Только к концу 20 века человечество начало понимать эту простую истину и задумалось над тем, как сохранить существующее равновесие.

Существуют ли живые системы более высоких уровней организации, чем биосфера Земли? Другими словами - существует ли жизнь вне Земли, в каких-нибудь дальних или ближних космических системах? И совсем тривиально - есть ли жизнь на Марсе? Наука пока не знает ответа на эти вопросы. Ученые предполагают, что по крайней мере на Марсе - ближайшей к нам планете - есть условия если не для жизни, то для переживания простых организмов типа бактерий в состоянии спор. При похожих условиях в ледяных толщах Антарктиды обнаружены микроорганизмы. Но Антарктида когда-то была ближе к экватору Земли, в составе единого материка Гондваны, и жизнь сохранилась здесь от давних времен. Существует ли жизнь на Марсе - должны показать ближайшие исследования этой планеты, в частности, планируемая на начало нового века экспедиция американских астронавтов.



IVО техногенных вариантах живых систем



Искусственно созданный человеком, т.е. техногенный вариант живой системы, удовлетворяющий всем требованиям в ее общем определении, действительно был бы «живым» в том же смысле и в той же мере, как и естественные, природные живые системы. Не вдаваясь в технические детали этой проблемы, и не касаясь ее экономических и социальных аспектов, отметим лишь ее общетеоретическую правомочность: искусственные, техногенные живые системы столь же возможны, как и любые созданные человеком техногенные объекты. Поскольку в случае создания техногенных живых систем речь идет фактически о моделировании свойственных природным живым системам конкретных функциональных особенностей, проблема техногенной жизни находится в рамках бионики иее можно рассматривать как одну из технических задач, закономерна вытекающих из потребностей развивающейся человеческой цивилизации.

Стадия взаимодействия между обществом и природой, на которой до предела обостряются противоречия между экономикой и экологией, а возможности сохранения потенциального гомеостаза, т. е. способности саморегуляции и экосистем в условиях антропогенного воздействия, серьезно подорваны, получила название экологического кризиса.
При решении важнейшей задачи современности — выходу из экологического кризиса приоритетное значение имеют следующие экологические проблемы (применительно к основным компонентам биосферы):
— в атмосфере — высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха городов и промышленных центров; неблагоприятное влияние загрязнителей (поллютантов) атмосферы на человеческий организм, животных, состояние растений и экосистем; возможное потепление климата («парниковый эффект»); риск нарушения озонового слоя;выпадение кислотных дождей и закисление природных сред за счет антропогенного распространения диоксида серы и охсидов азота; фотохимический смог;
— в гидросфере — все возрастающее загрязнение пресноводных и морских экосистем; рост объемов сточных вод; антропогенная эвтрофикация водоемов, вызванная биогенами; загрязнение Мирового океана; снижение биологической продуктивности водных экосистем; возникновение мутагенеза и канцерогенеза в загрязненных водных средах;истощение запасов пресных подземных вод; прогрессирующее снижение минимально допустимого стока поверхностных вод; обмеление (исчезновение) и загрязнение малых рек; сокращение и высыхание внутренних водоемов; негативные последствия зарегулирования стока рек для гидробионтов; негативные экологические последствия создания крупных равнинных водохранилищ;
— в литосфере — опустынивание из-за неправильного использования земель; расширение площади антропогенных пустынь; ветровая и водная эрозия почв;загрязнение почв пестицидами, нитратами и другими вредными веществами; снижение плодородия почв до критического уровня; заболачивание и вторичное засоление; отчуждения земель для строительства и других целей; активизация оползней, карста, селей, подтопления, мерзлотных и других неблагоприятных геологических процессов, негативные изменения природных экосистем при освоении недр (нарушения рельефа, выбросы пыли и газа, сдвижение и осадка горных пород и др.); безвозвратные потери огромного количества минерального сырья; повышение стоимости и дефицитности важнейших минеральных ресурсов;
— в биотических сообществах — снижение биологического разнообразия планеты; потеря регуляторных функций живой природы на всех уровнях; деградация генофонда биосферы; сокращение площади лесов, уничтожение влажно-тропических лесов на огромных площадях; лесные пожары и выжигание растительности; изменение альбедо земной поверхности; сокращение и исчезновение многих видов сосудистых растений, сокращение численности и вымирание отдельных видов животных;
— в среде обитания (в целом) — рост объемов производственных и бытовых отходов, в том числе наиболее опасных — радиоактивных, диоксинсодержащих и др.; низкий уровень безопасности их хранения; увеличение радиологической нагрузки на биосферу в связи с развитием ядерной энергетики; негативные физиологические последствия для живых организмов, вызванные физическими (шум, электромагнитные излучения и др.) и биологическими (бактерии, вирусы и др.) воздействиями; преднамеренное воздействие человека на природную среду в военных целях (экоцид); стремительный рост числа крупных техногенных аварий и катастроф на энергетических, химических, транспортных и других объектах, в связи с увеличением концентрации производства, высокой степенью износа машин и оборудования и т. д.; дестабилизация экологической обстановки; огромное число человеческих жертв, вызванных стихийными природными бедствиями (землетрясениями, наводнениями, засухами и т. д.), вероятность которых увеличивается по мере снижения устойчивости биосферы и возможных климатических изменений антропогенного характера.
В целом — все возрастающее антропогенное воздействие на биосферу и как следствие — резкое ухудшение качества среды обитания человека, состояния биоты и экосистем; одностороннее изменение концентрации биогенов (углерода, азота, фосфора) и нарушения их основных циклов; нарушение экологической стабильности и нормального функционирования основных систем жизнеобеспечения Земли; экологический коллапс, т. е. угрожающее жизни Земли состояние.
В России, в связи со спадом промышленного производства в последние годы, отмечается некоторое сокращение антропогенной нагрузки на окружающую природную среду. Однако одновременно прослеживается и снижение капитальных вложений в объекты природоохранного назначения. Отметим также, что, по оценке ведущих ученых, «тот поток загрязнений, который сегодня принимает наша природа, превосходит ассимиляционный потенциал экосистем в наиболее развитых и заселенных районах нашей страны, так что экологическая ситуация в них не улучшается... наше экологическое положение существенно хуже, чем восемь или десять лет назад».
Техногенный тип экономического развития приводит ко все большему распространению очагов экологического кризиса по территории страны. Уже сейчас 20% территории России является зоной проявления тех или иных кризисных экологических явлений. В пределах страны насчитывается 13 регионов с очень острой экологической ситуацией. И с каждым годом эти зоны расширяются, возникают новые кризисные участки. Тяжелая ситуация сложилась в промышленных зонах (Кузбасс, Урал, РСО-Алания, Курская магнитная аномалия и т.д.), аграрных регионах (Черноземье, Калмыкия и пр.), рекреационных зонах побережий Черного и Азовского морей.
Экологические кризисы по характеру протекания можно разделить на две группы. В первую входят кризисы, носящие взрывной, внезапный характер. Типичными случаями такого рода кризисов являются промышленные катастрофы. Это и Чернобыльская авария, и взрыв на химическом комбинате в Бхопале (Индия), унесший тысячи жизней, и аварии на химических производствах в Уфе и др. Данные кризисы можно предсказать с той или иной долей вероятности. Но, как правило, точное время их возникновения неизвестно.
Во вторую группу входят «ползучие», медленные по характеру течения кризисы. Такого рода экологические кризисы могут протекать в течение десятилетий, прежде чем количественные изменения перейдут в качественные. Характерными примерами таких кризисов являются аграрные экологические кризисы. Здесь и Аральский кризис, и колоссальная экологическая катастрофа в США в 30-е гг. В США неправильная технология обработки почвы привела к огромному по масштабам развитию эрозионных процессов. В результате в течение 2-3 лет пыльные бури уничтожили плодородный слой на десятках миллионов гектаров сельскохозяйственных угодий. В настоящее время яркими примерами ползучего экологического кризиса являются аридизация, опустынивание огромных территорий и обезлесение. Нерациональное ведение сельского хозяйства, вырубка лесов ведут к экологической деградации огромных территорий.
Экологические кризисы порождают целый комплекс негативных последствий.
Среди них можно выделить следующие:
1)экологические;
2)социальные;
3)экономические;
4)политические.





Выводы



Жизнь как, явление природы существует в форме дискретных живых систем. Основу дискретности живых систем составляет неделимая единица жизни — организм.

Живые системы обнаруживают значительное разнообразие, источникомкоторого являются: 1) общий характер связей живой системы с внешней средой, 2) уровень функциональной организации системы, 3) уровень ее структурной агрегации и 4) способ организации процессов метаболизма. В связи с этим существенно деление живых систем соответственно на открытые и закрытые; организменные и надорганизменные; монобионтные, метабионтныеи ценометабионтные; автобионтные и анавтобионтные. Эти деления неадекватны и не соподчинены друг другу; множественность их отражает многогранность процесса эволюции живых систем.



К настоящему времени накоплен определенный арсенал знаний по философии

биологии. Это, прежде всего, введение в научный оборот идей В.И.Вернадского и его последователей — плеяды русских космистов: Н.А.Умова, Н.Г.Холодного (1882–В.Н.МуравьеваН.А.Сетницкого и многих современных исследователей.

Многие, думаю, помнят, что о смене лидера в естествознании заговорили сразу же после раскрытия структуры ДНК (1953 г.).



Думаю, что совершенно прав М.Рьюз, который в своей интересной работе “Философия биологии сегодня,” замечает, что, во–первых, все проблемы биологии, по существу, являются частями одной общей проблемы — о статусе редукционистской исследовательской программы в биологической науке, а, во-вторых, в настоящее время не существует не только единой точки зрения по этому вопросу, но и единого подхода к ее рассмотрению.

Разнообразие живых систем уменьшает число свойственных им общих особенностей, сводя его к трем взаимосвязанным главным свойствам живого: 1) наличию собственной программы развития живой системы, развертываемой на основе активно регулируемых информационных взаимосвязей ее с внешней средой, 2) иерархичности ее функционально-структурной организации и 3) ее высокой функционально-структурной сложности, особенно на молекулярном уровне.



Понятие живой системы относится к объектам различного уровня сложности и может быть описано лишь в терминах биокибернетики,ав соответствии с идеей системной организации. Живая система — иерархически организованная сложная система, имеющая собственную программу развития.



Эволюция организмов происходит на основе их периодической структурной агрегации, в ходе которой исходные доорганизменные или организменные системы становятсяподсистемами новой организменной системы более высокого структурного уровня. Этот периодический закон развития живых систем отражает одну из наиболее общих особенностей их исторического развития — неравномерность и цикличность их эволюции.

Техногенные объекты, соответствующие определению живой системы, если таковые будут созданы, будут «живыми» в том же смысле и в той же мере, как и естественные, природные живые системы.



Наличие собственной программы развития — важнейшая особенность живых систем, определяющая все их другие специфические свойства.

Для живых систем характерно: 1) постоянное активное регулирование параметров двусторонних информационных потоков, связывающих систему с внешней средой, и 2) постоянная обработка, накопление и хранение поступающей в систему информации, что составляет необходимое условие реализации собственной программы развития живой системы.

Таким образом, развертывание собственной программы развития живой системы состоит в постоянном оперировании информацией, без чего эта программа не может быть реализована.Информационный баланс живой системы всегда является положительным.Это правило не имеет исключений и составляет основу понимания жизни как процесса, связанного с уменьшением энтропии в живых системах при одновременном возрастании ее в окружающей их среде.

О. Волгин, в свою очередь подчеркивает: Развитию свойственно совершенствование. Нет развития без совершенствования. Мы с ним полностью согласны. По уровню биологических исследований, можно судить ныне о материально-техническом развитии общества.

Высшим экосистемным объединением на Земле является биосфера - земная оболочка, населенная живыми существами. Основоположником учения о биосфере Земли является выдающийся российский натуралист и философ Владимир Иванович Вернадский



Таким образом, мы пришли к выводу:
Жизнь как, явление природы существует в форме дискретных живых систем. Основу дискретности живых систем составляет неделимая единица жизни — организм.

Исходя из вышесказанного, подчеркну, жизнь – это живые организмы. «Живые организмы — еще писал Вернадский — являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, её определяющей…»

Экологический фактор мировоззренческих трансформаций оказался в настоящее время столь сильным, что ученым всего мира предстоит большой объем работы по изучению свойств живых систем для сохранения жизни, надеюсь, что Российские исследователи окажутся впереди. Спасибо за внимание!





















































Список использованной литературы:



1.Мустафин А.Г., Лагкуева Ф.К. Биология. Для поступающих в ВУЗы. М.: «Высшая школа»,2001.

2.Билич Г.Л.,Крыжановский В.А. Биология. Полный курс. В 3 т. – М.: ОНИКС 21 век,2002.

3.Альбертс Б. и соавт. Молекулярная биология клетки. В 3 т. – М.: Мир,1994.

4.Билич Г.Л.,Крыжановский В.А. Биология для поступающих в ВУЗы. М.: ОНИКС 21 век,2007.

5.Билич Г.Л., КатинасГ.С., Назарова Л.В. Цитология.– Санкт-Петербург.: ДЕАН,1999.

6. Георгиевский А.Б. Дарвинизм. – М.: Просвещение,1985.

7. См. Камшилов М.М. Эволюция биосферы. М., 1974.

8. См. Югай Г.А. Общая теория жизни. М., 1985.

9. Дарвин Ч. Соч., т. 3, М-Л., 1939, с. 666.

10. Селье Г. От мечты к открытию. М., 1987, с. 32.

11. Вернадский В.И. Биосфера. Избр. соч. т. 5, М., 1960, с.23.

12.

13. http://www.biorf.ru/

14. http://allsys2004.narod.ru/s-16.htm

15. http://vs-tsushko.narod.ru/Practicum.htm




Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Краткое описание документа:

1.Введение

Цель исследования:

Что такое жизнь?

Люди на протяжении многих тысячелетий пытаются дать ответ на этот вопрос. Мне хочется представить работу, направленную на ответ к данному вопросу с точки зрения жизни, как живой системы. Как известно в системе все взаимосвязано, поэтому каждый день происходит динамика развития знаний направленных на изучение целостности живых систем, которые в свою очередь и есть жизнь. Эта тема остается актуальной уже ни одно поколение, и скорее всего, ученым всего мира еще долго придется размышлять над подобными вопросами.

Задачи исследования:

·         Выяснить основные свойства живых систем

·         Рассмотреть периодический закон развития живых систем

·         Проследить уровни организации живых систем

·         Техногенные варианты живых систем

Предмет исследования —  проявления жизни: строение и функции живых существ и их природ­ных сообществ, их распространение, проис­хождение и развитие, связи друг с другом и с неживой природой.

Основные методы:

1.Наблюдение, позволяющее описать биологические явление.

2.Сравнение, дающее возможность найти закономерности, общие для разных явлений.

3.Исторический метод, позволяющий на основе данных о современном органическом мире и его прошлом по­знавать процессы развития живой при­роды.

4.Экспериментальный метод позволяет изучать то или иное явление
жизни с помощью опыта.

5.Аналитический метод - это дискретный подход, углубление в структуру и функции отдельных элементов системы - внутри клетки, внутри организма, внутри экологического сообщества.

Современная биология изобилует узловыми пробле­мами, решение которых может оказать ре­волюционизирующее влияние на естест­вознание в целом и прогресс человечества. Например, вопросы молекулярной биологии и генетики.

Актуальность этого вопроса стоит на пике исследований.  Мы исходили из утвержденных в мае 2006 года Президентом РФ, приоритетных направлений развития науки в Российской Федерации, одним из которых стоит изучение свойств живых систем, включающих  в себя  такие критические технологии:

  • Биоинформационные
  • Биомедицинские и ветеринарные технологии жизнеобеспечения и защиты человека и животных
  • Геномные и постгеномные технологии создания лекарственных средств
  • Клеточные  и др.

Таким образом, для исследования были выбраны именно общие свойства живых систем.

В связи с тем, что все живые системы являются открытыми, осуществляется круговорот  веществ, который протекает постоянно и в последние годы, воздействие человека на окружающую среду все более сказывается на них. Поэтому главным направлением работы, мы взяли биотехнологии жизнеобеспечения. Для этого проводили исследования связанные с влиянием антропологического воздействия на живые системы и их свойства. Мы посетили городские больницы региона, исследовали процент заболевания населения  онкологическими заболеваниями, внутриутробными патологиями, вследствие чего пришли к выводу: 98% заболевших работают, либо проживают в экологически неблагополучных микрорайонах. К таковым относятся: завод «Электроцинк», «Электроконтактор», Садонская обогатительная фабрика. Если в 1996 году патологии беременности составляли 7,87 на 100, то в 2009 году уже 5,2; гибели плода – 8,24 и 6,13 соответственно. Онкологические заболевания лидируют, с 1996 года произошло незначительное снижение заболевших. Так Ардонскийрайцон лидирует по онкологии груди и кожи, Алагирский по онкологии легких, ЩЖ, Владикавказ – легких, ЩЖ, груди.

Люди на протяжении многих тысячелетий пытаются дать ответ на вопрос: Что такое жизнь?

Одно из определений более 100 лет назад дал Ф. Энгельс: "Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел" В это определение вошли два важных положения: 1) жизнь тесно связана с белками и 2) непременное условие жизни - постоянный обмен веществ, с прекращением которого прекращается и жизнь.


Изучение свойств объектов живой природы показало, что жизнь связана со сложным коллоидным состоянием протопласта (содержимого клетки), для которого характерны обмен веществ и энергии, обусловленные реализацией наследственной информации, заключенной в нуклеиновых кислотах. Живые системы от клетки до биосферы в целом представляют собой системы, ассимилирующие энергию из внешней среды таким образом, что могут активно противостоять разрушению сложившейся организованности, т.е. противостоять процессу, характерному для всех тел неорганической природы.
По современным представлениям, жизнь - это способ существования открытых коллоидных систем, обладающих свойствами саморегуляции, воспроизведения и развития на основе геохимического взаимодействия белков, нуклеиновых кислот других соединений вследствие преобразования веществ и энергии из внешней среды.


Живые системы обладают рядом общих свойств и признаками, которые отличают их от неживой природы.

 

При всем своем многоплановом разнообразии живые системы имеют некоторые, хотя и немногочисленные, но неотъемлемые общие особенности, определяемые фундаментальными общими свойствами живого. Таких особенностей три: 1) наличие собственной программы развития системы, развертываемой на основе активно регулируемых информационных взаимосвязей ее с внешней средой, 2) иерархическая функционально-структурная организация и 3) высокая функционально-структурная сложность.

 

Наличие собственной программы развития — основополагающее свойство всех живых систем, поскольку оно определяет их главную общую черту — иерархическую функционально-структурную организацию, которая представляет собою высшую форму упорядоченности системы ислужит источником ее антиэнтропичности. Именно иерархическая организация живых систем позволяет им достигать той характерной для них высокой функционально-структурной сложности, особенно на молекулярном уровне, которая и создает специфику живого на основе развития функционально необходимых внутренних информационных, материальных и энергетических связей живой системы и ее разносторонних контактов с внешней средой. Поэтому любое усложнение живой системы в итоге ведет к более разветвленной иерархии в ее целостной функционально-структурной организации. Оба эти процесса — общее усложнение системы и прогрессивное развитие иерархического характера ее организации — происходит на основе соответствующего усложнения собственной программы развития системы. В схематическом виде основные связи живой системы показаны на рисунке.

Автор
Дата добавления 15.03.2015
Раздел Физика
Подраздел Рабочие программы
Просмотров488
Номер материала 444287
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх