Рівні організації біологічних систем
Система - це сукупність структурних компонентів, між якими існує закономірний взаємозв'язок і взаємодія. Функція системи визначається як спосіб діяння системи та її структурних компонентів, спрямований на досягнення певного ефекту, або їх діяльність у процесі реалізації взаємозв'язків. За характером взаємодії з середовищем виділяють три види систем: відкриті - обмінюються з середовищем речовиною і енергією; закриті - обмінюються тільки енергією; ізольовані - не взаємодіють із середовищем.
Принцип ієрархічної організації систем полягає у тому, що будь-яка система представляє собою елемент системи більш високого рангу, і в свою чергу складається з елементів - підпорядкованих їй систем нижчого рангу.
Таким чином, світ живого організований у вигляді ланцюжка, що складається з ланок зростаючої складності. Ця послідовність починається з елементарних частинок, з яких складається атом, йде до молекул, клітин і поширюється до складних організмів і їх угруповань. Одиниці одного рівня організації є частинками, з яких утворюється наступний вищий рівень. Молекули, об'єднуючись, утворюють клітини, клітини утворюють тканини і органи, які в свою чергу утворюють багатоклітинний організм, організми утворюють надорганізмові системи: популяції, угруповання, екосистеми.
Кожен з рівнів організації має особливості, які лише частково можна пояснити, виходячи з особливостей нижчого рівня. Іншими словами, властивості цілого не дорівнюють сумі властивостей його частин. Ця закономірність відома як принцип емерджентності систем: при об'єднанні компонентів у більші функціональні одиниці виникають якісно нові (емерджентні) властивості, які неможливо передбачити, виходячи з властивостей компонентів. Отже, властивості системи певного рівня організації є сумою сукупних властивостей її компонентів і емерджентних властивостей, що виникають внаслідок взаємодії цих компонентів.
Життя як вища форма руху матерії реалізується в біологічних системах. Ознаки живого - подразливість, рухомість, ріст, розмноження, розвиток, спадковість, мінливість, обмін речовиною, енергією та інформацією - визначають властивості біологічних систем.
Біологічні системи - це системи, які складаються з живих компонентів. Біологічні системи включають:
1) живі організми і всі їх підсистеми;
2) всі системи, які є інтеграцією живих істот (популяції, види тощо);
3) всі системи, організаторами яких є живі організми, їх сукупності або жива речовина в цілому (екосистеми).
Загальними ознаками біологічних систем є перетворення енергії, обмін речовин, самоорганізація, самовідновлення і самозбереження. їх фундаментальні властивості - цілісність, динамічність і здатність до розвитку. Біологічні системи належать до відкритих систем - тобто обмінюються з середовищем речовиною і енергією, завдяки чому встановлюється єдність живого з середовищем.
Рис.2.1. Спектр рівнів організації (за Одумом)
Рис.2.2. Основні рівні організації біосистем (за Голубцем)
За М. Голубцем (1982) основними рівнями організації біологічних систем є організмовий, популяційний, екосистемний (рис.2.2). У системах цих трьох рівнів організації відбуваються всі біотичні процеси: біохімічні, фізіологічні, біофізичні, біогеохімічні, біогеоценотичні тощо, які забезпечують існування живої речовини. Всі інші живі системи є підпорядкованими і неуніверсальними, це структурні ступені організації.
Організмовий рівень
Організми - це живі системи від одноклітинних до найвищих істот. Організми універсальні, самостійні, самовідтворювані й саморегульовані. їх найважливіша функція - розмноження. Підпорядкованими системами цього рівня є органи, тканини, клітини, органелли, макромолекули, гени, а також внутрішні системи організму (нервова, кровоносна, ендокринна тощо).Популяційний рівень
Охоплює популяції живих істот - сукупності живих особин одного виду в межах певної території, де він розмножується і може практично необмежено довго існувати. Основна функція популяції - формування в певних екологічних умовах такого населення виду, котре за структурою і життєвими особливостями найбільше відповідає даному середовищу існування (припасоване до умов існування шляхом природного добору). Поняття "біологічний вид" з екологічної точки зору співрозмірне з поняттям "популяція", оскільки кожен вид у природі існує як сукупність популяцій. У свою чергу, види об'єднуються в таксономічні категорії вищого порядку - роди, родини, порядки, класи, відділи, типи і царства живих організмів.Сукупність популяцій організмів різних видів, які співіснують у певній ділянці простору і взаємодіють між собою за допомогою структурних та функціональних зв'язків, називають біотичним угрупованням, або біоценозом. Виділяють угруповання рослин (фітоценоз), угруповання тварин (зооценоз), угруповання мікроорганізмів (мікробоценоз) та ін. Кожен біоценоз нерозривно пов'язаний з його абіотичним середовищем, утворюючи єдину систему - екосистему.
Екосистемний рівень
Включає екосистеми всіх ступенів складності. Системи цього рівня є функціональною єдністю живих і неживих компонентів, яка охоплена безперервним обміном речовиною, енергією та інформацією. Екосистеми забезпечують постійний функціональний зв'язок між живою та неживою природою, постійний рух речовини за біогеохімічними циклами і постійну трансформацію сонячної енергії у трофічних ланцюгах. їх основна функція - забезпечення постійного матеріально-енергетичного обміну з зовнішнім середовищем і між компонентами екосистеми.Сукупність всіх екосистем планети створює гігантську глобальну екосистему - біосферу. Біосфера в цілому, як єдина і найбільша екосистема є предметом вивчення глобальної екології, або біосферології.
Екосистеми та їх місце в організації біосфери
Рівні організації органічного світу
Повітря і вода, рослинність і ґрунти, звірі й птахи та інші живі організми утворюють взаємозв'язану і взаємозумовлену світову біосферу, яка підтримує все живе і яка, незважаючи на могутню життєздатність, складається з тендітних і надто уразливих систем, рівновага в яких дуже легко порушується. Природні системи досить різноманітні, вони складаються з величезної кількості різно-організованих, взаємозумовлених і взаємозамінних компонентів, які об'єднані безліччю прямих і зворотних зв'язків. Незважаючи на те, що системи досить різноманітні, їм притаманний ряд спільних рис:— система — це цілісний комплекс взаємозв'язаних елементів, але значно складніший, ніж просто сума елементів;
— система утворює особливу єдність з середовищем;
— будь-яка досліджувана система є елементом системи більш високого рангу;
— в свою чергу елементи будь-якої досліджуваної системи звичайно виступають як система нижчого рангу.
На думку багатьох вчених, світ організований у вигляді ланцюжка, що складається з ланок зростаючої складності.
Ця послідовність починається з елементарних частинок, з яких складається атом, йде до молекул, клітин і поширюється до складних індивідуумів (табл. 1.1).
Таблиця 1.1. Рівні організації органічного світу
| Основна група | Рівень |
| Біологічні мікросистеми | молекулярний (молекулярно-генетнчний) |
| субклітинний | |
| клітинний | |
| Біологічні мезоснстеми | тканинний |
| органний | |
| організмовий | |
| Біологічні макросистемы | популяційно-видовий |
| біоцснотпчний | |
| біосфериий (глобальний) |
Поняття про екосистеми
Екосистема (біогеоценоз) — основна одиниця біосфери, яка є об'єктом вивчення екології. Цей термін запровадив англійський біолог А. Тенслі у 1935 році. Екосистема — це просторова система, що охоплює історично сформований комплекс живих істот, пов'язаних між собою трофічними зв'язками, та неживих компонентів середовища їх існування, які залучаються в процесі обміну речовин та енергії. У кожній екосистемі відбуваються кругообіг речовин та обмінні енергетичні процеси.Кожна екосистема складається з біоценозу та біотопу.
Біотоп — це ділянка поверхні землі з більш-менш однотипними умовами існування (ґрунтом, мікрокліматом тощо).
Біоценоз — це історично сформована сукупність рослин, тварин та мікроорганізмів, що населяє біотоп. Відповідно до цього кожний біоценоз складається з фітоценозу (угруповання рослин), зооценозу (угруповання тварин) та мікробіоценозу (угруповання мікроорганізмів) (рис. 1.6).
Екосистема може бути різних розмірів і складності. Наприклад, можна говорити про екосистему лісу в цілому і про екосистему окремого пенька. Взаємодія організмів в екосистемі надзвичайно складна. Взаємодія біоценозів з біотопами відбувається через речовинно-енергетичний обмін. Для кожної екосистеми характерний свій біологічний кругообіг речо-
Рис. 1.6. Схема будови біоценозу (за В.М. Сукачовим)
вин, який здійснюється внаслідок існування в екосистемах трофічних ланцюгів (ланцюгів живлення).
Наприклад, у водоймах фітопланктон поїдається зоопланктоном, останній — дрібною рибою, що є здобиччю великих риб — хижаків, які в свою чергу споживаються людиною. Мова йде про певні угруповання рослин, тварин і мікроорганізмів, які взаємодіють один з одним і з навколишнім середовищем. Дуже великі наземні екосистеми називають біомами. Наприклад, ліси помірного поясу, пустелі, хвойні ліси, савани тощо. Кожний біом включає в себе цілий ряд менших за розмірами взаємозв'язаних одна з одною екосистем. Одна з них може бути великою — площею декілька мільйонів квадратних кілометрів, інша може являти собою невелику галявину. Важливо те, що кожну екосистему можна визначити як більш-менш своєрідне угруповання рослин і тварин, які взаємодіють одне з одним і з довкіллям.
Структура екосистем. Щоб вияснити цілісність біосфери, необхідно з'ясувати, як вона функціонує. Оскільки вона складається з безлічі екосистем, необхідно знати їх структуру. У кожній екосистемі два основних компоненти: організми, з однієї сторони, і фактори неживої природи — з іншої. Таку сукупність організмів (рослин, тварин, мікроорганізмів) називають біотою (від лат. bio — життя) екосистеми. Шляхи взаємодії різних категорій організмів — це її біотична структура; неживі (хімічні і фізичні) фактори навколишнього середовища називають абіотичними.
Незважаючи на велику різноманітність екосистем — від пустель до тундри, всім їм, на думку екологів, властива приблизно однакова біотична структура. Іншими словами, всі вони містять одні й ті ж категорії організмів, які подібно взаємодіють у всіх екосистемах.*Це такі категорії: продуценти, консументи, редуценти.
Одна з причин, що викликає різноманітність екосистем (біоценозів) у природі, — це своєрідність абіотичних умов кожного регіону.
Таким чином, незважаючи на різноманітність екосистем, всі вони мають спільні риси. У кожній із них можна виділити фотосинтезуючі рослини — продуценти, різні типи консументів і редуцентів.
Важливим елементом біотичної структури екосистем є своєрідність ланцюгів живлення в кожній з них.
Немає коментарів:
Дописати коментар