Биологическая система

Принципы организации биологических систем

Биологическая система (биосистема, живая система) — биологические объекты различной сложности структурно-функциональной организации, состоящие из взаимосвязанных и взаимодействующих элементов обладающих способностью к развитию, самовоспроизведению (за исключением определенных тканей и органов) и приспособлению к среде.

Общая информация

К биологическим системам относятся сложные системы разного уровня организации: биологические макромолекулы, субклеточные органеллы, клетки, ткани, органы, организмы, популяции, виды, биоценозы, экосистемы разных рангов и биосфера.

Современная биология рассматривает жизнь на планете Земля как совокупность соподчиненных биологических систем, различающихся особенностями строения и проявлением свойств. В зависимости от степени сложности строения живой материи выделяют молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, биогеоценотический, биомный и биосферный уровни организации жизни. Современная экология — наука, изучающая биологические системы разного уровня организации (от организменного до биосферного) и закономерности их взаимодействия между собой и со средой.

Принципы организации биологических систем

1. Целостность — подчинённость компонентов общей цели
2. Открытость — биологические системы открыты для поступления в них веществ, энергии и информации
3. Взаимосвязанность — изменение одного компонента приводит к изменению других
4. Высокая упорядоченность — согласованность между образующими систему компонентами, эффективное использование поступающей энергии
5. Оптимальность конструкции — наиболее удачные сочетания элементов и частей; биологические системы включают наиболее лёгкие химические элементы; экономия строительного материала, минимизация живого вещества
6. Управляемость — переход из одного состояния в другое
7. Иерархичность — система может быть частью другой более крупной системы

Признаки биологических систем

Признаки биологических систем — критерии, отличающие биологические системы от объектов неживой природы.

Признаки биологических систем

Обмен веществ

К обмену веществ с окружающей средой способны все живые организмы. Они поглощают из среды элементы питания и выделяют продукты жизнедеятельности. В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада (ассимиляция и диссимиляция), в результате которых сложные вещества распадаются на более простые и выделяется энергия, необходимая для реакций синтеза новых сложных веществ.

Обмен веществ обеспечивает относительное постоянство химического состава всех частей организма и как следствие — постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.

Клеточное строение

Все существующие на Земле организмы состоят из клеток.

Исключение: вирусы, проявляют свойства живого только в клетках других организмов.

Единство химического состава

В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково:

• В неживой природе самыми распространенными элементами являются Si (кремний), Fe (железо), Mg (магний), Al (алюминий), O (кислород).
• В живых же организмах 98 % элементарного (атомного) состава приходится на долю всего четырех элементов: C (углерода), O (кислорода), N (азота) и H (водорода) — органогены.
• Все живые организмы состоят из органических соединений (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот).

Органогены — главные химические элементы, из которых состоят органические вещества.

Самовоспроизведение (репродукция, размножение)

Свойство организмов воспроизводить себе подобных. Процесс самовоспроизведения осуществляется практически на всех уровнях жизни. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, обусловленное информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте — ДНК, которая находится в родительских клетках.

Элементарная единица наследственности — ген

Наследственность

 → Ген

Способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Наследственность обеспечивается стабильностью ДНК и воспроизведением её химического строения с высокой точностью. Материальными структурами наследственности, передаваемыми от родителей потомкам, являются хромосомы и гены.

Изменчивость

Это способность организмов приобретать новые признаки и свойства, отличные от родительских организмов. В её основе лежат изменения материальных структур наследственности. Изменчивость поставляет разнообразный материал для отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.

Раздражимость

Это специфические избирательные ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Всякое изменение окружающих организм условий представляет собой по отношению к нему раздражение, а его ответная реакция является проявлением раздражимости. Отвечая на воздействия факторов среды, организмы взаимодействуют с ней и приспосабливаются к ней, что помогает им выжить.

1. Реакции многоклеточных животных на раздражители, осуществляемые и контролируемые центральной нервной системой, называются рефлексами.

2. Организмы, не имеющие нервной системы, лишены рефлексов, и их реакции выражаются в:

• Изменении характера движения = таксисы, что свойственно одноклеточным организмам
• Изменении направления роста = тропизмы, что характерно для растений

Дискретность

(от лат. discretus — разделенный, прерывистый)

Любая биологическая система состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве (дискретность), но тем не менее, тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство.

Примеры:

• Любая особь состоит из отдельных клеток с их особыми свойствами, а в клетках также дискретно представлены органоиды и другие внутриклеточные образования.
• Популяция состоит из отдельных особей. Каждая особь представляет собой отдельную биологическую систему. Но при этом все особи в популяции взаимосвязаны между собой (внутривидовые взаимоотношения).

Дискретность строения организма — основа его структурной упорядоченности. Она создаёт возможность постоянного самообновления системы путем замены износившихся структурных элементов без прекращения функционирования всей системы в целом.

Саморегуляция

Авторегуляция, способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов (гомеостаз).

Развитие и рост

Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, изменяется его состав или структура. Развитие живых организмов представлено:

• Онтогенезом — это индивидуальное развитие организма
• Филогенезом — это историческое развитие. Филогенез всего органического мира называют эволюцией.

На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов. В основе этого лежит поэтапная реализация наследственных программ.

Индивидуальное развитие сопровождается ростом — увеличением линейных размеров и массы всей особи и её отдельных органов за счёт увеличения размеров и количества клеток.

Способность к адаптациям

В процессе исторического развития и под действием естественного отбора организмы приобретают приспособления к условиям окружающей среды (адаптация). Организмы, не обладающие необходимыми приспособлениями, вымирают.

Энергозависимость

Биологические системы являются «открытыми» для поступления энергии.

• Открытые системы — динамические, то есть не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним веществ и энергии извне.

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 — это фототрофы (зеленые растения и цианобактерии), другие опосредованно, в виде органических веществ потребляемой пищи, — это гетеротрофы (животные, грибы и бактерии).

Ритмичность

Свойство, присущее как живой, так и неживой природе. Оно обусловлено различными космическими и планетарными причинами: вращением Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, фазами Луны и т. д.

Ритмичность проявляется:

• в периодических изменениях интенсивности физиологических функций
• в формообразовательных процессах через определенные равные промежутки времени
• хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих и многие другие

Ритмичность направлена на согласование функций организма с периодически меняющимися условиями жизни.

Движение

Все живые организмы способны к активному движению.

• Растения и грибы не передвигаются в пространстве. Однако большинство движений грибов и растений- результат их роста. У растений некоторые движения возникают в ответ на действия факторов внешней среды. Так, главный корень растет под действием силы земного притяжения вертикально вниз, а главный стебель под влиянием света — вверх. У листьев хорошо выражены движения на свет: листовая пластинка, особенно в условиях затенения, располагается перпендикулярно солнечным лучам
• Одноклеточные организмы могут передвигаться разными способами. Многие бактерии, одноклеточные водоросли и простейшие животные передвигаются с помощью жгутиков. Большинство многоклеточных животных активно передвигаются в пространстве. Разнообразные способы движения служат для поиска и потребления пищи, спасения от хищников

Уровни биологической организации

 → Уровни организации жизни

Уровни организации живого — биологические системы, различающиеся по принципам организации и масштабам явлений. Они отражают соподчиненность, иерархичность структурной организации жизни; отличаются друг от друга сложностью организации системы.

Выделяют следующие уровни организации:

1. Суборганизменные:
   • Молекулярно-генетический
   • Клеточный
   • Органно-тканевый
2. Организменный
3. Надорганизменные:
   • Популяционно-видовой
   • Биоценотический
   • Биосферный

Суборганизменные уровни биологической организации

Молекулярно-генетический

Биологическая система: Молекула

Компоненты, образующие систему: Отдельные биополимеры (ДНК, РНК, белки, углеводы и др.)

Примеры: на этом уровне жизни рассматриваются явления, связанные с изменениями (генными мутациями) и воспроизведением генетического материала, обменом веществ.

Файл:Клетка растений и животных.webp

Различия между клеткой растения и животного

Клеточный уровень

 → Клеточная теория

Биологическая система: Клетка

Компоненты, образующие систему: Комплексы молекул химических соединений и органоиды клетки.

Примеры: Процессы, проходящие в клетке и в органоидах клетки. Синтез специфических органических веществ; регуляция химических реакций; деление клеток; вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы. Также на данном уровне идет деление всех клеток на про- и эукариот.

Тканевый

Биологическая система: Ткань — совокупность клеток и межклеточного вещества сходных по строению, функциям и происхождению.

Компоненты, образующие систему: Клетки и межклеточное вещество.

Примеры: Обмен веществ, раздражимость.

Органный (органно-тканевый уровень)

Биологическая система: Орган

Компоненты, образующие систему: Ткани разных типов

Примеры: Пищеварение, газообмен, транспорт веществ, движение и другие.

Организменный уровень биологической организации

Органы и системы органов человека

Биологическая система: Организм

Компоненты, образующие систему: Системы органов

Примеры: Обмен веществ, раздражимость, размножение, онтогенез. Нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности. Обеспечение гармоничного соответствия организма его среде обитания. На этом уровне идет деление живой природы на царства.

Выделяют 4 царства живой природы:

1) Царство Бактерии

2) Царство Грибы

3) Царство Растения

4) Царство Животные

Надорганизменные уровни биологической организации

Популяционно-видовой

Биологическая система: Популяция

Компоненты, образующие систему: Группы родственных особей, объединенных определенным генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой

Примеры: Взаимодействие между особями и популяциями одного вида. Генетическая разнородность, накопление элементарных эволюционных преобразований, выработка адаптации к меняющимся условиям среды. Процессы микроэволюции.

Биоценотический (биогеоценотический, экосистемный)

Биологическая система: Биогеоценоз (Экосистема)

Компоненты, образующие систему: Популяции разных видов и факторы среды, пространство с комплексом условий среды обитания или совокупность биотопа (неживой природы) и биоценоза

Примеры: Биологический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь, подвижное равновесие между живым населением и факторами неживой природы, обеспечение живого населения условиями обитания и ресурсами. Взаимодействие между особями разных видов. Хищничество, паразитизм, симбиоз, конкуренция.

Биосферный

Биологическая система: Биосфера

Компоненты, образующие систему: Биогеоценозы и антропогенное воздействие

Примеры: Активное взаимодействие живого и неживого (косного) вещества планеты, биологический глобальный круговорот, активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы (антропогенные факторы).

См. также

• Экосистема
• Биологическая систематика
• Живая система

Литература

• Цибулевский А. Ю. Биологические системы в современной естественнонаучной картине (часть I) // Успехи современного естествознания. — 2008. — № 4. — С. 17-21
• Кремянский В. И. Структурные уровни живой материи. Теоретические и методологические проблемы, М., 1969, — С. 56-58
• Малиновский А. А. Пути теоретической биологии, М., 1969 — № 6. — С. 245—256
• Блауберг И. В., Юдин Э. Т. Становление и сущность системного подхода, М. — 1973 — № 4. — С. 13-21

Ссылки

• Видеоурок по подготовке к ЕГЭ на YouTube/«Клетка как биологическая система, организм как биологическая система»
• Презентация на тему: «Биологические системы»
• Презентация на тему: «Биологические системы и их свойства»

Одним из источников этой статьи является статья в википроекте «Рувики» («Багопедия», «ruwiki.ru») под названием «Биологическая система», находящаяся по адресу: «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Биологическая_система» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?»