Что такое биологические системы? Биологические системы: признаки, свойства, организация. Какие биосистемы бывают


Что такое биосистема? Основные свойства биосистемы :: SYL.ru

Весь окружающий нас мир – это совокупность природных факторов и антропогенного воздействия, что существуют и меняются на протяжении всей истории человечества. Энтропия разрывает этот мир, но он продолжает существовать в динамическом равновесии. В состоянии, которое очень легко нарушить, и при этом пострадают в первую очередь биосистемы. Что такое биосистема в биологии, каковы ее уровни и составляющие – тема данной статьи.

Академические термины

В систему объединяют функциональные элементы, которые связаны между собой и выполняют одну функцию как единое целое. Биологическая система – это совокупность упорядоченных, взаимодействующих и взаимозависимых живых структурных элементов. Они образуют единое целое как система ступеней, вытекающих одна из другой и выполняющих совместную функцию.

Фундамент и надстройка жизни

Способность всего живого из хаотичного теплового движения атомов и молекул создать порядок – это самая удивительная и глубокая особенность жизни. Фундаментальными свойствами жизни в биологии считают: способность живого к саморегуляции, самовоспроизведение и самообновление. К надстройке или необходимым атрибутам жизни относятся обмен веществ в организме и с окружающей средой (питание, выделение и дыхание), движение, раздражимость по принципу обратной связи, возможности адаптации, рост и развитие в процессе онтогенеза.

Основные свойства биосистемы

К основным свойствам относятся:

  • Единство функционала (биохимического, физиологического).
  • Целостность (сумма элементов не равна свойствам системы).
  • Ступенчатость (система состоит из подсистем).
  • Адаптация (способность к изменениям по принципу обратной связи).
  • Динамическая устойчивость.
  • Способность развиваться и самовоспроизводиться.

Уровни организации

Живая материя образует гомогенные системы со своим типом взаимодействий элементов, пространственным и временным масштабом процессов. Эти гомогенные биосистемы занимают свое место в системе живой материи. Основных уровней биосистем восемь:

  • молекулярный;
  • клеточный;
  • тканевый;
  • органный;
  • онтогенетический или организменный;
  • популяционный и видовой;
  • экосистемный или биогеоценотический;
  • биосферный.

Единство жизни

Все уровни перетекают один в другой, включаются друг в друга, переплетаются в единство всего живого на планете. Они символизируют многообразие жизненных форм и представляют собой единицы материи со своей спецификой процессов и проявлений. Жизнь возникла, существует и меняется в целостных биосистемах. Что такое биосистемы – это открытые системы, способные к росту и развитию, динамически устойчивые и самовоспроизводящиеся. Тогда как системы неживые – закрыты, статичны и склонны к деградации.

Изучение организации биосистем

Описание организации таких систем включает выделение подсистем или компонентов биосистемы. Далее исследуют все аспекты существования биосистем, а именно:

  • Структура. Анализ организации структуры проводится с помощью метода классифицирования – многоступенчатого и последовательного разделения совокупности для получения знаний о составе, связях и устройстве системы.
  • Функционал. Изучение функциональной структуры подразумевает определение функции, которую каждый компонент системы выполняет во всем процессе.
  • Основные свойства биосистем. Это показатель сущности системы в отношениях с другими, их закономерные взаимосвязи.

По такой схеме опишем самые главные примеры биосистем.

Клетка – элементарный пример биосистемы

Структурной составляющей данной биосистемы является мембранный аппарат, цитоплазма, органеллы и нуклеотид (ядро). Базовый уровень – молекулярный. Функциональная составляющая данной системы – это согласованная работа всех структур. Основные свойства будут определяться структурно-функциональной спецификой цитоплазматической мембраны, цитоплазмы, органелл и ядра.

Организм как биосистема

На этом уровне на первое место выходят системы регуляции и приспособительные способности, как механизм сохранения целостности и упорядоченности в условиях изменяющихся условий жизни. Структурная организация различна (от безъядерных, одноклеточных до многоклеточных) и наиболее разнообразна. Базовый уровень – клетка. Функциональные особенности: дифференциация клеток, тканей, органов подразумевает более сложные уровни структурного состава; взаимозависимость дифференцированных элементов друг от друга; интеграция и внутренние связи подсистем. Основными свойствами на этом уровне будет общее усложнение и разнообразие свойств живой материи. Например, свойство материи к воспроизводству себе подобных на этом уровне представлено бесполым, половым и вегетативным способом размножения.

Популяционно-видовой уровень

Что такое биосистема на данном уровне – это единица эволюционного процесса, как движущей силы появления всего многообразия жизни на Земле. Именно в ключе эволюционного учения этот уровень становится основополагающим. Вид, как совокупность организмов, обладающая внешним и внутренним сходством, свободно скрещивающихся между собой (для панмиктичных видов) и дающих фертильное потомство, обитающих на определенной территории довольно длительный период времени и имеющих общих филогенетических предков – вот структурная единица данного уровня. Функциональная составляющая: индивидуальный приспособительный потенциал особи, внутривидовая конкуренция и естественный отбор. Вид – закрытая система в генетическом аспекте. Ведь именно порог не скрещиваемости с представителями других видов дает организмам видовую специфичность.

Биосфера – глобальная экосистема

Другой пример того, что такое биосистема, – биосфера, как система наивысшего порядка. Структурный компонент – биотический (живые организмы и продукты их жизнедеятельности) и абиотический (химические компоненты и физические условия). Элементарная единица структуры – биогеоценоз. Функциональный аспект – круговорот веществ в природе, наличие биохимических циклов, для которых характерны открытость и замкнутость. Главные функции биотического компонента – окислительно-восстановительная, концентрационная и газовая. Основные свойства – свойства живой материи.

www.syl.ru

Биосистема - это... Организм как биосистема

Биосистема - это сложная сеть биологически соответствующих организаций, от глобальных до субатомных. Эта концептуальная иллюстрация отражает множественные гнездовые системы в природе - популяции организмов, органы и ткани. В микро- и наноскопическом масштабе примерами биологических систем являются клетки, органеллы, макромолекулярные комплексы и регуляторные пути.

Организм как биосистема

В биологии организм является любой смежной живой системой наряду с животными, растениями, грибами, протистами или бактериями. Все известные типы существ на Земле способны в некоторой степени реагировать на стимулы, размножаться, расти, развиваться и саморегулироваться (гомеостаз).

Организм как биосистема состоит из одной или нескольких клеток. Большинство одноклеточных организмов имеет микроскопический масштаб и, следовательно, относятся к микроорганизмам. Люди - это многоклеточные организмы, состоящие из многих триллионов клеток, сгруппированных в специализированные ткани и органы.

Множество и разнообразие биологических систем

Оценки количества современных видов Земли колеблются от 10 до 14 миллионов, из которых только около 1,2 миллиона были официально задокументированы.

Термин «организм» напрямую связан с термином «организация». Можно дать следующее определение: это сборка молекул, функционирующих как более или менее устойчивое целое, которое проявляет свойства жизни. Организм как биосистема - это любая живая структура, такая как растение, животное, гриб или бактерии, которая способна расти и размножаться. Из этой категории исключаются вирусы и возможные антропогенные неорганические формы жизни, поскольку они зависят от биохимического механизма клетки-хозяина.

Тело человека как биосистема

Человеческий организм также можно назвать биосистемой. Это совокупность всех органов. Наши тела состоят из ряда биологических систем, которые выполняют конкретные функции, необходимые для повседневной жизни.

  • Работа системы кровообращения заключается в перемещении крови, питательных веществ, кислорода, углекислого газа и гормонов по органам и тканям. Она состоит из сердца, крови, кровеносных сосудов, артерий и вен.
  • Пищеварительная система состоит из ряда соединенных органов, которые вместе позволяют организму поглощать и переваривать пищу, а также занимается удалением отходов. Она включает в себя рот, пищевод, желудок, тонкую кишку, толстую кишку, прямую кишку и анус. Печень и поджелудочная железа также играют важную роль в пищеварительной системе, потому что они производят пищеварительные соки.
  • Эндокринная система состоит из восьми основных желез, которые выделяют гормоны в кровь. Эти гормоны, в свою очередь, путешествуют по разным тканям и регулируют различные функции организма.
  • Иммунная система является защитой организма от бактерий, вирусов и других вредных патогенов. Она включает лимфатические узлы, селезенку, костный мозг, лимфоциты и лейкоциты.
  • Лимфатическая система включает в себя лимфатические узлы, протоки и сосуды, а также играет роль в качестве защитных сил организма. Ее основная задача - это образовать и перемещать лимфу, прозрачную жидкость, содержащую белые кровяные клетки, которые помогают организму бороться с инфекцией. Лимфатическая система также удаляет избыток лимфатической жидкости из телесных тканей и возвращает ее в кровь.
  • Нервная система контролирует как добровольные (например, сознательное движение), так и непроизвольные действия (например, дыхание), и посылает сигналы к различным частям тела. Центральная нервная система включает головной и спинной мозг. Периферическая нервная система состоит из нервов, которые соединяют каждую часть тела с центральной нервной системой.
  • Мышечная система тела состоит из около 650 мышц, которые помогают в движении, кровообращении и выполняют ряд других физических функций.

  • Репродуктивная система позволяет людям размножаться. Мужская репродуктивная система включает пенис и семенники, которые производят сперму. Женская репродуктивная система состоит из влагалища, матки и яичников. Во время зачатия сперматозоиды сливаются с яйцеклеткой, которая создает оплодотворенное яйцо, что растет в матке.
  • Наши тела поддерживаются скелетной системой, состоящей из 206 костей, которые связаны сухожилиями, связкями и хрящами. Скелет не только помогает нам двигаться, но также участвует в производстве клеток крови и хранении кальция. Зубы также являются частью скелетной системы, но они не считаются костями.
  • Дыхательная система позволяет принимать жизненно важный кислород и удалять углекислый газ в процессе, который мы называем дыханием. Она состоит в основном из трахеи, диафрагмы и легких.
  • Мочевая система помогает устранить ненужный продукт под названием мочевина из организма. Она состоит из двух почек, двух мочеточников, мочевого пузыря, двух мышц сфинктера и уретры. Моча, произведенная почками, перемещается вниз по мочеточникам в мочевой пузырь и выходит из организма через уретру.
  • Кожа является самым большим органом человеческого тела. Она защищает нас от внешнего мира, бактерий, вирусов и других патогенов, а также помогает регулировать температуру тела и устранять отходы через пот. В дополнение к коже, покровная система включает волосы и ногти.

Жизненно важные органы

У людей есть пять жизненно важных органов, которые необходимы для выживания. Это мозг, сердце, почки, печень и легкие.

  • Человеческий мозг является центром управления тела, приема и передачи сигналов в другие органы через нервную систему и через секретируемые гормоны. Он отвечает за наши мысли, чувства, память и общее восприятие мира.
  • Человеческое сердце является ответственным за перекачку крови по всему нашему телу.
  • Работа почек заключается в удалении отходов и дополнительной жидкости из крови.
  • Печень имеет множество функций, в том числе детоксикация вредных химических веществ, распад лекарственных средств, фильтрация крови, секреция желчи и производство белков для свертывания крови.
  • Легкие отвечают за удаление кислорода из воздуха, которым мы дышим и перенос его в нашу кровь, где он может быть направлен в наши клетки. Легкие также удаляют углекислый газ, который мы выдыхаем.

Забавные факты

  • В человеческом теле содержится около 100 триллионов клеток.
  • Средний взрослый совершает более 20 000 вдохов в день.
  • Каждый день почки обрабатывают около 200 квартов (50 галлонов) крови, чтобы отфильтровать около 2 кварт отходов и воды.
  • Взрослые люди выделяют около четверти с половиной (1,42 литра) мочи каждый день.
  • Человеческий мозг содержит около 100 миллиардов нервных клеток.
  • Вода составляет более 50 процентов от веса тела взрослого человека.

Почему организм называют биосистемой?

Живой организм является определенной организацией живой материи. Он является биосистемой, которая, как и любая другая система, включает в себя взаимосвязанные между собой элементы, например молекулы, клетки, ткани, органы. Все в этом мире из чего-то состоит, определенная иерархичность свойственна и живому организму. Это означает, что из молекул состоят клетки, из клеток - ткани, из тканей - органы, из органов - системы органов. Свойства биосистем также включают эмерджентность, что означает появление качественно новых характеристик, присутствующих при объединении элементов и отсутствующих на предыдущих уровнях.

Клетка как биосистема

Одну единственную клетку также можно назвать полноценной биосистемой. Это элементарная единица, имеющая свое строение и собственный обмен веществ. Она способна существовать самостоятельно, воспроизводить себе подобных и развиваться по собственным законам. В биологии есть целый раздел, посвященный ее изучению, который называется цитологией или клеточной биологией.

Клетка - это элементарная живая система, включающая в себя отдельные компоненты, которые имеют специфические особенности и выполняют свои функциональные обязанности.

Сложная система

Биосистема состоит из однотипного живого вещества: от макромолекул и клеток до популяционных сообществ и экосистем. В ней существуют следующие уровни организации:

  • генный уровень;
  • клеточный уровень;
  • органы и системы органов;
  • организмы и системы организмов;
  • популяции и популяционные системы;
  • сообщества и экосистемы.

Биологическое составляющие различных уровней организации в определенном порядке вступают во взаимодействие с неживой природой, энергией и другими абиотическими компонентами и веществами. В зависимости от масштаба, разные системы являются предметами изучения разных дисциплин. Генами занимается генетика, клетки рассматривает цитология. Органы берет на себя физиология. Организмы изучает ихтиология, микробиология, орнитология, антропология и так далее.

fb.ru

41. Биологические системы и основные свойства, отличающие их от физических систем.

Биологические системы – это объекты различной сложности, имеющие несколько уровней структурно-функциональной организации и представляющие собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов.

Примеры биологических систем: клетка, ткани, органы, организмы, популяции, виды, биоценозы, экосистемы разных рангов и биосфера.

Признаки биологических систем:

1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы.

2. Обмен веществ.В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада (ассимиляция и диссимиляция – см. дальше), в результате которых сложные вещества распадаются на более простые и выделяется энергия, необходимая для реакций синтеза новых сложных веществ.

3. Самовоспроизведение (репродукция, размножение) – свойство организмов воспроизводить себе подобных.

4. Наследственность – способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение.

5. Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения материальных структур наследственности.

6. Рост и развитие. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. Развитие живой формы материи представлено индивидуальным развитием (онтогенезом) и историческим развитием (филогенезом). Филогенез всего органического мира называютэволюцией.

7. Раздражимость – это специфические избирательные ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Реакции многоклеточных животных на раздражители, осуществляемые и контролируемые центральной нервной системой, называютсярефлексами.

8. Дискретность (от лат.discretus – разделенный). Любая биологическая система состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве, но тем не менее, тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности.

9. Саморегуляция (авторегуляция) – способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов (гомеостаз).

10. Энергозависимость. Живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают из окружающей среды энергия и вещества в виде пищи. В большинстве случаев организмы используют энергию Солнца: одни непосредственно – этофотоавтотрофы, другие опосредованно, в виде органических веществ потребляемой пищи, – этогетеротрофы.

42. Основные существующие концепции появления жизни на земле, их особенности.

1. Креационизм(сотворение жизни Богом; целенаправленный акт творения)

Но! Кто создал творца?

2. Панспермия(жизнь занесена на Землю извне):

а) случайно

б) намеренно

С. Аррениус развил идею случайного занесения жизни.

В 1972 году был исследован только что выпавший метеорит. Были обнаружены аминокислотыи левой и правой ориентации (эти две формы идентичны по атомам, но различаются по своей трехмерной структуре; они являются зеркальным отображением друг друга)→ аминокислоты возникли в космосе.

3.Теория стационарного состояния(жизнь - свойство материи, т. е. жизнь существовала всегда).

Витализм - вечное существование души.

4. Эволюционизм(способность живых организмов появляться из неживых соединений).

1809 г - появление работы Ж.-Б. Ламарка «Философия зоологии», в которой впервые заявлена возможность самосовершенствования организмов, уделяется большое внимание изменчивости.

Законы Ламарка:

1.Свойства, которые не используются, исчезают

2.Свойства, которые активно используются, развиваются (организмы совершенствуются).

1859 г - появление работы Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора». Отличительная черта - материал книги основан на богатом экспериментальном материале. В 1871 г - «Происхождение человека», Ч. Дарвин.

studfiles.net

52. Что называют экосистемой? Какие биосистемы изучает экология?

Экосисте́ма, или экологи́ческая систе́ма — биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Одно из основных понятий экологии. Термин экосистема впервые был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тенсли. Пример экосистемы — пруд с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными животными, микроорганизмами, составляющими живой компонент системы, биоценоз

Биологические системы - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих живых элементов различной сложности (гены, клетки,ткани, органы, организмы, биоценозы, экосистемы, биосфера). Так, принято выделять следующие 6 уровней организации биосистем: молекулярный — клеточный — организменный — популяционный — биогеоценотический — биосферный.

53. В чём суть концепции экосистемы?

Экологическая система, или экосистема, — основная функциональная единица в экологии, так как в нее входят организмы и неживая среда — компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга, и необходимые условия для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле. Термин экосистема впервые был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тенсли. Таким образом, под экосистемой понимается совокупность живых организмов (сообществ) и среды их обитания, образующих благодаря круговороту веществ, устойчивую систему жизни.

Экосистемы состоят из живого и неживого компонентов, называемых соответственно биотическим и абиотическим. Биотический компонент по типу питания подразделяют на автотрофные и гетеротрофные организмы. Автотрофы(организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) синтезируют необходимые им органические вещества из неорганических. По источнику энергии для синтеза они разделяются на два типа: фотоавтотрофы и хемоавтотрофы. Фотоавтотрофы для синтеза органических веществ используют солнечную энергию. Это зеленые растения, имеющие хлорофилл (и другие пигменты) и усваивающие солнечный свет. Процесс, при котором происходит его усвоение, называется фотосинтезом. Хемоавтотрофы для синтеза органических веществ используют химическую энергию. Это серобактерии и железобактерии, получающие энергию при окислении соединений железа и серы. Гетеротрофы (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества — консументы и редуценты) используют органические вещества, которые синтезированы автотрофами, и вместе с этими веществами получают энергию. Гетеротрофы, таким образом, зависят в своем существовании от автотрофов. Гетеротрофами являются хищники, паразиты. К гетеротрофным организмам относится также группа сапрофитов, которые используют для питания органические соединения мертвых тел или выделения животных. Сапрофитами являются грибы, бактерии, среди животных - некоторые насекомые (жуки-навозники), дождевые черви, некоторые млекопитающие (гиены) и птицы (грифы). Неживой, или абиотический, компонент экосистемы в основном включает, во-первых, почву или воду, во-вторых, климат.

studfiles.net

Биосистема | Биология

Биосистемы как структурные единицы живого

По современным представлениям живая материя существует в форме живых систем — биосистем. Системой обычно называют целостное образование, созданное множеством закономерно связанных дуг с другом элементов, выполняющих особые функции и обеспечивающих ее единство. Такое единство составных частей (элементов), связанных взаимодействием в единое целое, называют системой (от греч. systema - «составленное из частей», «соединенное»). По определению автора общей теории систем Людвига фон Берталанфи, «система есть комплекс взаимодействующих элементов, а взаимосвязь между элементами представляет структуру системы». Системность и структурность — это неотъемлемые свойства материи.

Поскольку речь идет о тесном взаимодействии составных частей (элементов) живого объекта, то его проявляющуюся целостность следует рассматривать как живую, или биологическую, систему — биосистему (от греч. bios - «жизнь» и «система»).

Как особые типы биосистем выступают клетки, организмы, а также виды, биогеоценозы и самая большая, глобальная — биосфера. Все они выражают многообразие форм жизни и являются особыми единицами живой материи, отражающими специфику процессов и явлений жизни на Земле. В этих разнокачественных биосистемах проявляется жизнь. Жизнь возникает и протекает в виде целостных биосистем. Однако всем биосистемам свойственны рост и развитие, динамическая устойчивость, тогда как системам неживой природы — статичность и деградация.

Все биосистемы являются дискретными, то есть прерывистыми в пространстве и во времени, обособленными друг от друга, имеющими свои границы, конечные размеры, особую длительность существования и определенные признаки, отражающие их специфичность.

Любая биосистема (будь то клетка или организм, биогеоценоз или биосфера) представляет собой внутренне упорядоченное множество взаимосвязанных элементов (компонентов).

Взаимосвязи (отношения) элементов в системе отображают ее структуру. Она может быть простой или сложной. Чем больше элементов в системе и чем сложнее связи между ними, тем сложнее ее структура. Например, биосистема «организм» обладает более сложной структурой, чем биосистема «клетка», поскольку состоит из множества взаимодействующих элементов, среди которых различные клетки, ткани, органы, системы органов. Компонентами биосистемы «вид» являются популяции, «биогеоценоз» - живое население и условия абиотической среды, а компонентами биосферы — биогеоценозы. Наименьшими и простыми являются молекулярные и клеточные биосистемы, более сложными — биогеоценозы и особенно биосфера. Но все биосистемы характеризуются целостностью, сложной определенной структурой, дискретностью, способностью к длительному самоподдержанию и устойчивостью во взаимосвязи с окружающей средой.

Любая система, в том числе биосистема, существует, пока взаимодействуют ее компоненты. Она не только зависит от своих компонентов, но и определяет их существование. Например, организм зависит от взаимодействия его клеток, но и сам воздействует на них (обеспечивает веществами и энергией, координирует их общую работу).

Особенности природных биосистем

Каждая биосистема обладает определенной информацией. Информация в биологии понимается как сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые биосистемой. Любой отклик в системе проявляется как обратная связь. Это важное свойство природной системы (рис. 11).Рис. 11. Растительный организм как биосистема, характеризующая взаимодействие органов, тканей и клеток растения

Другая особенность биосистем состоит в том, что они — открытые системы. Для них характерен обмен веществом, энергией с окружающей средой, а у закрытых систем такой обмен отсутствует.

Все биосистемы являются открытыми, так как они постоянно обмениваются с окружающей средой веществом, энергией и информацией.

Например, организмы (или другие биосистемы) из внешней среды поглощают необходимые им для жизнедеятельности минеральные или органические вещества и энергию. Значительная часть их в биосистеме расходуется (на организацию энергетических потоков, поддержание устойчивости, на реализацию биохимических процессов и воспроизводство элементов системы), а часть уходит в окружающую среду в виде тепла и отработанных ненужных веществ.

Следует отметить способность биосистем к самосохранению (самоподдержанию), то есть свойство сохранять свое существование в пределах определенного, но конечного срока. Это свойство обеспечивается непрерывным процессом обновления большинства элементов биосистемы. Таким путем биосистема поддерживает свое длительное, хотя и конечное существование. Например, у многоклеточных организмов в тканях и органах идет постоянная замена отживших клеток, благодаря чему организм как живая система существует значительно дольше своих структурных элементов — клеток.

Подсчитано, что обновление всего клеточного состава у человека происходит примерно каждые семь лет. Клетки многих его органов обновляются достаточно часто. Например, клетки печени живут не более 18 месяцев, эритроциты — 4 месяца, а клетки эпителия тонкого кишечника — только 1-2 дня. Нервные клетки, существующие на протяжении всей жизни человека, характеризуются регулярным обновлением внутриклеточного вещества.

Саморегуляция — еще одно фундаментальное и универсальное свойство биосистем, проявляющееся, с одной стороны, как способность биосистемы к активной реакции, ответу на внешнее воздействие, а другой — как способность поддерживать неизменным постоянство своего внутреннего и внешнего состояния в определенных пределах. То и другое обеспечивает ее устойчивость. Чем сложнее структура биосистемы, тем она устойчивее к воздействиям окружающей среды.

Способность биосистемы к саморегуляции, сохранению ее устойчивости и стабильности, называют гомеостазом, или динамическим равновесием системы. Гомеостаз (от греч. homoios - «подобный», «одинаковый» и stasis - «неподвижность», «состояние») - это способность биосистемы противостоять изменениям (наружным и внутренним) и сохранять динамическое равновесие своих состава и свойств, то есть поддерживать устойчивое состояние. Например, гомеостаз биосистемы «биогеоценоз» поддерживается благодаря постоянству видового состава и численности особей в нем. Гомеостаз любой биосистемы направлен на максимальное ограничение ее зависимости от внешних и внутренних сил, на сохранение относительного постоянства ее структур и функций. Если какая-то функция в биосистеме выполняется не одним, а несколькими компонентами, то стабильность такой биосистемы может повыситься, так как в ней всегда находятся факторы, ограничивающие избыточность какого-то компонента или замещающие выпавших. Особенно увеличивает стабильность системы ее структурно-функциональная сложность.

Наконец, фундаментальны свойством всех живых систем (в отличие от неживых) является их охваченность эволюционным процессом развития и усложнения, непрерывно создающим новые формы жизни. В этом специфика систем живой материи и залог устойчивости биосферы как уникальной биосистемы планеты Земля.

Целостность, дискретность, открытость, информационность, саморегуляция, самоподдержание и способность к эволюции — неотъемлемые характерные свойства всех биосистем.

blgy.ru

Что такое биологические системы? Биологические системы: признаки, свойства, организация

Концепция системной многоуровневой организации жизни — одна из ключевых в современном естествознании. Все биологические объекты, согласно ей, объединяются на основе некоторых признаков и тесных взаимоотношений и выстраиваются в определенном иерархическом порядке. Схожие принципы универсальны для всей природы в целом. Знакомство с тем, что такое биологические системы, лучше начать с определения ключевого понятия.

Всеобъемлющая теория

Основы концепции были заложены в середине прошлого столетия Людвигом фон Берталанфи. Именно он разработал общую теорию систем. Она охватывает все объекты природы и общества. Теория выделяет биологические, социальные, космические, физические, экономические и прочие системы, объединяющиеся в три крупные категории: микромир, макромир и мегамир. К первому относятся элементарные частицы и атомы, ко второму — все, от молекул до океанов и материков, к третьему — космические объекты. Макромир включает и живые системы.

Основное понятие

Система — объединение элементов, базирующееся на определенных взаимоотношениях, подчиненных некоторым законам. Организация подобной структуры, как правило, состоит из нескольких упорядоченных уровней. При этом каждый элемент может одновременно быть и системой менее высокого порядка. Важное свойство подобной организации: целое качественно отлично от суммы всех своих составляющих. Система - не просто набор характеристик элементов, она отличается неким новым качеством.

Все объекты живого мира представляют собой подобные структуры. Причем качеством, возникающим в результате объединения нескольких элементов, становится новое проявление жизни.

Открытые

Понимание того, что такое биологические системы, требует описания еще одного свойства подобных структур. Это взаимодействие с окружающей средой. В теории организация биологических систем может быть как замкнутой, так и открытой. На практике ученым не известно ни одной полностью закрытой структуры. Любая живая система постоянно взаимодействует с окружающей средой через некоторую полупроницаемую пограничную оболочку. У клеток — это билипидная мембрана, у космической станции — обшивка. Социальные системы объединяются посредством законодательных актов или определенных взаимоотношений людей.

Получается, ответ на вопрос «Что такое биологические системы?» можно сформулировать следующим образом: это совокупность постоянно взаимодействующих живых элементов, выстроенная в определенном иерархическом порядке и открытая в той или иной степени для обмена с окружающей средой.

Признаки

Все отличительные характеристики рассматриваемых структур — это одновременно и критерии отличия живой природы от неживой. Назовем признаки биологических систем с их краткой характеристикой:

  1. Единый химический состав. Все природные объекты построены из одних и тех же молекул. Однако живая материя в качестве основных элементов включает углерод, азот, кислород и водород.
  2. Обмен веществ со средой. Это уже описанное свойство открытости системы. Одно из его проявлений — энергозависимость подобных структур.
  3. Самовоспроизведение (размножение).
  4. Наследственность — свойство передавать особенности строения и функционирования из поколения в поколение.
  5. Изменчивость — свойство приобретать в течение жизни новые характеристики и навыки.
  6. Рост и развитие. Представляют собой направленное необратимое изменение. Выделяют индивидуальное и историческое развитие живых систем, называемые онтогенезом и филогенезом соответственно.
  7. Раздражимость (рефлексы, таксисы) — свойство реагировать на стимулы и изменения окружающей среды.
  8. Дискретность. Любая живая система состоит из отдельных, но взаимодействующих элементов, образующих иерархическую структуру.
  9. Саморегуляция. Существуют внутренние механизмы поддержания гомеостаза, способствующие выживаемости системы. Саморегуляция основана на принципе отрицательной обратной связи.
  10. Ритмичность. Усиление и ослабление различных процессов через равные промежутки времени.

Уровни организации биологических систем

Все описанные свойства сохраняются на любой ступени иерархической структуры. Основные уровни организации биологических систем выделяются достаточно условно, поскольку любой из них легко разделить на несколько составляющих. В общем случае говорят о четырех ступенях этой иерархии:

  • молекулярно-генетический уровень;
  • онтогенетический уровень;
  • популяционно-видовой уровень;
  • биогеоценотический уровень.

Остановимся на них подробнее.

Молекулярно-генетический уровень

Такие макромолекулы, как белки, липиды, углеводы и нуклеиновые кислоты, представляют собой структурные элементы организмов, но сами по себе не являются носителями полноценной жизни.

Каждый из названных элементов выполняет свои функции. Углеводы — источник энергии. Липиды входят в состав плазматической мембраны клеток. Также они являются поставщиком энергии. Белки выполняют большую часть жизненных функций. Они состоят из двадцати разновидностей аминокислот, которые могут чередоваться в произвольном порядке. В результате существует огромное количество белков, способных справляться с самой разной работой. Нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК, — основа наследственности.

Макромолекулы объединяются в комплексы, образуя органоиды клетки: рибосомы, митохондрии, миофибриллы и так далее. Все они отвечают за отдельные биологические проявления, однако не достигают того уровня сложности, который можно назвать жизнью.

Следующая ступень

Какие биологические системы составляют онтогенетический уровень? Это все организмы, начиная от одноклеточных и заканчивая млекопитающими и человеком, а также органы, ткани и клетки тела. Все названные элементы могут рассматриваться как отдельные уровни организации биологических систем, однако для удобства и в силу общих закономерностей они объединены.

Клетка — элементарная структурная единица строения организмов. Она же представляет собой тот уровень сложности биологической системы, на котором впервые возникает жизнь как явление. Как уже было сказано, более простые структуры обеспечивают лишь отдельные функции. Клетке же присущи все свойства биологических систем.

Ткани и органы — промежуточные подуровни онтогенетической ступени. За ними идет многоклеточный организм. Он характеризуется способностью к самостоятельному существованию, развитию и размножению. Это свойство отличает особь и клетку от органов и тканей.

Популяция и вид

От ступени к ступени происходит усложнение биологических систем. На следующем уровне располагаются виды и популяции. Первые представляют собой совокупность особей, характеризующихся наследственным сходством по целому ряду параметров: морфология, физиология, генетика, географическое размещение. И самое главное: организмы, составляющие вид, способны свободно скрещиваться и оставлять плодовитое потомство.

Группа особей занимает определенную территорию, которую называют ареалом обитания. Достаточно часто он бывает разорван различными географическими препятствиями. В результате вид распадается на несколько относительно изолированных популяций. Естественно, что условия отъединения от остального вида способствуют накоплению определенного генетического материала. При сильном расхождении признаков популяций появляются новые виды.

Экосистемы

В иерархической лестнице за популяциями и видами следует сообщество, биогеоценоз и биосфера. Первое представляет собой совокупность популяций разных видов, размещающихся на одной территории. Выделяют растительные, животные и микробные сообщества. Их совокупность в пределах одного ареала будет называться биоценозом. Эти уровни биологических систем характеризуются тесной взаимосвязью всех особей.

Условия, в которых существуют организмы, постоянно влияют на них. Всю совокупность подобных факторов неживой природы данного ареала принято называть биотопом. Среда и сообщества организмов пребывают в постоянном взаимодействии, происходит круговорот вещества и энергии. Поэтому биотоп и биоценоз объединяют в биогеоценоз, или экосистему. Этот уровень также характеризуется всеми особенностями живого: он постоянно контактирует со средой, управление в нем происходит по принципу саморегуляции, процессы подчиняются определенным циклам.

На высшей ступени иерархии размещает биосфера Земли — оболочка, населенная живыми существами. Огромное влияние на нее оказывает деятельность человека, что все чаще приводит к возникновению экологических катастроф.

Что такое биологические системы? По сути, это все то живое, что нас окружает. Человек отличается от других элементов в биосфере возможностью осознавать, а значит, перенаправлять и изменять свою деятельность. Пока эта способность Homo sapiens работает против природы. Однако именно благодаря ей у нас есть шанс все исправить.

fb.ru

1). Особенности многоклеточной организации биосистем. Иерархические уровни жизни (микросистемы, мезосистемы, макросистемы). Проявления главных свойств жизни на различных уровня ее организации

Уровни организации живой материи — иерархически соподчиненные уровни организации биосистем, отражающие уровни их усложнения. Чаще всего выделяют шесть основных структурных уровней жизни: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный. В типичном случае каждый из этих уровней является системой из подсистем нижележащего уровня и подсистемой системы более высокого уровня. Следует подчеркнуть, что построение универсального списка уровней биосистем невозможно. Выделять отдельный уровень организации целесообразно в том случае, если на нём возникают новые свойства, отсутствующие у систем нижележащего уровня. К примеру, феномен жизни возникает на клеточном уровне, а потенциальное бессмертие — на популяционном. При исследовании различных объектов или различных аспектов их функционирования могут выделяться разные наборы уровней организации. Например, у одноклеточных организмов механизмы регуляции изучаемого процесса. Одним из выводов, следующих из общей теории систем является то, что биосистемы разных уровней могут быть подобны в своих существенных свойствах, например, принципах регуляции важных для их существования параметров

Можно выделить три основные ступени живого: микросистемы, мезосистемы и макросистемы.

Микросистемы (доорганизменная ступень) включают в себя мо­лекулярный (молекулярно-генетический) и субклеточный уровни.

Мезосистемы (организменная ступень) включают в себя кле­точный, тканевый, органный, системный, организменный (орга­низм как единое целое), или онтогенетический, уровни.

Макросистемы (надорганизменная ступень) включают в себя популяционно-видовой, биоценотический и глобальный уровни (биосферу в целом). На каждом уровне можно выделить элемен­тарную единицу и явление.

Молекулярный уровень организации жизни-Представлен разнообразными молекулами, находящимися в живой клетке.

Компоненты:

Молекулы неорганических и органических соединений

Молекулярные комплексы

Основные процессы:

Объединение молекул в особые комплексы

Осуществление, кодирование и передача генетической информации

Клеточный уровень организации жизни-Представлен свободно живущими одноклеточными организмами и клетками, входящими в многоклеточные организмы.

Компонент:

Комплексы молекул химических соединений и органоиды клетки

Основные процессы:

Биосинтез, фотосинтез

Регуляция химических реакций

Деление клеток

Вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы

Тканевый уровень организации жизни

Тканевый уровень представлен тканями, объединяющими клетки определенного строения, размеров, расположения и сходных функций. Ткани возникли в ходе исторического развития вместе с многоклеточностью. У многоклеточных организмов они образуются в процессе онтогенеза как следствие дифференцировки клеток. У животных различают несколько типов тканей (эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная, а также кровь и лимфа). У растений различают меристематическую, защитную, основную и проводящую ткани. На этом уровне происходит специализация клеток.

Органный уровень организации жизни

Органный уровень. Представлен органами организмов. У простейших пищеварение, дыхание, циркуляция веществ, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счет различных органелл. У более совершенных организмов имеются системы органов. У растений и животных органы формируются за счет разного количества тканей. Для позвоночных характернацефализация, защищающаяся в сосредоточении важнейших центров и органов чувств в голове.

Организменный (онтогенетический) уровень организации жизни-Представлен одноклеточными и многоклеточными организмами растений, животных, грибов и бактерий.

Компоненты:

Клетка — основной структурный компонент организма. Из клеток образованы ткани и органы многоклеточного организма

Основные процессы:

Обмен веществ (метаболизм)

Раздражимость

Размножение

Онтогенез

Нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности

Гомеостаз

Популяционно-видовой уровень организации жизни-Представлен в природе огромным разнообразием видов и их популяций.

Компоненты:

Группы родственных особей, объединённых определённым генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой

Основные процессы:

Генетическое своеобразие

Взаимодействие между особями и популяциями

Накопление элементарных эволюционных преобразований

Осуществление микроэволюции и адаптация к изменяющейся среде

Видообразование

Увеличение биоразнообразия

Биогеоценотический уровень организации жизни-Представлен разнообразием естественных и культурных биогеоценозов во всех средах жизни.

Компоненты:

Популяции различных видов

Факторы среды

Пищевые сети, потоки веществ и энергии

Основные процессы:

Биохимический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь

Подвижное равновесие между живыми организмами и абиотической средой (гомеостаз)

Обеспечение живых организмов условиями обитания и ресурсами (пищей и убежищем)

Биосферный уровень организации жизни-Представлен высшей, глобальной формой организации биосистем — биосферой.

Компоненты:

Биогеоценозы

Антропогенное воздействие

Основные процессы:

Активное взаимодействие живого и неживого вещества планеты

Биологический глобальный круговорот веществ и энергии

Активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы, его хозяйственная и этнокультурная деятельность

studfiles.net