Биологические системы и их основные свойства

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

по дисциплине «Концепция современного естествознания»

на тему: «Биологические системы и их основные свойства»

 

 

 

                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург 2012

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение………………………………………………………………………….3

1. Биологические  системы…………………………………………………….4

2. Виды биологических  систем……………………………………………….5

3. Свойства биологических  систем……………………………………………7

     3.1. Итеративность………………………………………………………….7

     3.2. Дискретность…………………………………………………………….7

     3.3. Наследственность и изменчивость………………………………….8

     3.4. Раздражимость………………………………………………………….8

     3.5. Возбудимость…………………………………………………………….9

     3.6. Адаптация……………………………………………………………….9

     3.7. Способность к самовоспроизведению………………………………9

4. Основные уровни  иерархии биологических систем…………………….11

     4.1. Молекулярно-генетический уровень……………………………….12

     4.2. Клеточный уровень……………………………………………………12

    4.3. Онтогенетический уровень. Многоклеточные организмы……….14

    4.4. Популяционно-видовой уровень…………………………………….15

    4.5. Биоценотический уровень…………………………………………….16

    4.6. Биогеоценотический уровень…………………………………………17

    4.7. Биосферный уровень………………………………………………….18

Заключение…………………………………………………………………….19

Библиографический список………………………………………………….21

 

 

Введение

 

              В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит именно системный подход, согласно которому любой объект материального мира может быть рассмотрен как сложное образование, включающее составные части, организованные в целое. Для обозначения этой целостности в науке выработано понятие системы.

             Под системой понимают внутреннее (или внешнее) упорядоченное множество взаимосвязанных элементов, проявляющее себя как нечто единое по отношению к другим объектам или внешним условиям.

             Степень взаимодействия частей системы друг с другом может быть различной. Кроме того, любой предмет или явление окружающего мира, с одной стороны, может входить в состав более крупных и масштабных систем, а с другой стороны — сам являться системой, состоящей из мелких элементов и составных частей. Все предметы и явления окружающего нас мира могут изучаться и как элементы систем, и как целостные системы, а системность является свойством мира, в котором мы живем [1]

              Рассматривая строение системы, в ней можно выделить следующие компоненты: подсистемы и части (элементы).

               Подсистемы являются крупными частями систем, обладающими самостоятельностью. Разница между элементами и подсистемами достаточно условна, если отвлечься от их размера.

              В качестве примера можно привести человеческий организм, безусловно, являющийся системой. Его подсистемами являются нервная, пищеварительная, дыхательная, кровеносная и другие системы. В свою очередь, они состоят из отдельных органов и тканей, которые являются элементами человеческого организма. Но мы можем рассматривать в качестве самостоятельных систем выделенные нами подсистемы, в таком случае подсистемами будут органы и ткани, а элементами системы — клетки.

              Таким образом, системы, подсистемы и элементы находятся в отношениях иерархического соподчинения [2].

 

1. Биологические  системы

           Биологическая система представляет  собой совокупность, упорядочение  взаимодействующих и взаимозависимых  элементов, образующих единое  целое, выполняющее определенную  функцию и взаимодействующее  со средой и другими системами. 

           Еще Гегель призывал рассматривать  природу как систему ступеней, каждая из которых вытекает  из другой. Биологические системы  — это клетка, ткань, орган,  аппарат, система органов, организм, популяция, экосистема.

           Особенности биологических систем:

• биологическая система выполняет определенную функцию (биохимическую, физиологическую)
• биологическая система обладает свойствами целостности (несводимость свойств системы к сумме свойств ее элементов)
• биологическая система состоит из подсистем
• она непрерывно изменяется по сигналам обратной связи (способна к адаптации)
• обладает относительной устойчивостью, способна к развитию и самовоспроизведению.

              Уровень организации живой материи  — это относительно гомогенные  биологические системы, для которых  характерны определенный тип  взаимодействия элементов, пространственный  и временной масштабы процессов. 

              Это функциональное место биологической  системы в общей системе живой  материи. Концепция об уровнях  организации живой материи —  это концепция о дифференциации  живого вещества планеты на  дискретные, соподчиненные структурные  множества, которая сложилась  в середине XX века.

              В живой природе биологические  системы подчиняются принципу  иерархичности: уровни организации  образуют сложную пирамиду соподчинения  — за каждым структурным уровнем  следует очередной уровень, но  более высокого ранга. Каждый  уровень характеризуется специфическими  взаимодействиями компонентов и  особенностями взаимоотношений  с ниже и вышерасположенными системами [3].

 

 

2. Виды биологических  систем

               С позиций системного подхода  биологические объекты условно  подразделяются на корпускулярные (дискретные) и «жесткие» системы. 

               Корпускулярные (дискретные) системы  состоят из множества относительно  автономных и в определенной  мере взаимозаменяемых единиц. При этом связи между элементами множества могут быть слабыми или практически отсутствовать. Главным системообразующим фактором является их отношение к среде, которое «заставляет» их вести себя сходным образом (особи в популяции, форменные элементы в потоке крови, гены в генофонде вида).

               Такие системы отличаются большой  пластичностью: в силу относительной  независимости их элементы способны  к разнообразным перестановкам  и комбинаторике. Благодаря этим  свойствам значительно облегчается  приспособление систем к ненаправленно  изменяющимся условиям среды.  Процессы отбора в них протекают  с высокой эффективностью.

               «Жесткие» системы характеризуются  жестко фиксированными (не в механическом, а в организационном смысле) связями  между составляющими их элементами  и подсистемами. При этом функциональная  полноценность каждой части системы  является необходимым условием  функционирования системы в целом. 

                 Как правило, уровень организации  таких систем значительно превосходит  таковой составляющих их частей. Однако, в плане гибкости, способности  к быстрым перестройкам они  уступают корпускулярным системам. При полной «жесткости» связей  эффективность функционирования  такого рода систем определяется  «принципом наименьших», согласно  которому в системе имеется  наиболее слабое звено, лимитирующее  ее «жизнедеятельность» (пр.: ферментативные  ансамбли метаболизма, системы  органов животных и человека).

                  В действительности эти два  полярных типа систем в «чистом»  виде почти не встречаются.  При анализе сложных биологических  объектов (биоценозы, многоклеточные  организмы и др.) выявлено несколько  способов их гармоничного сочетания. 

                  При первом способе имеет место  закономерное чередование корпускулярного  и жесткого типов организации  при переходе от низших структурных  уровней к более высоким: диплоидный  набор хромосом (корпускулярность), взаимоотношения ядра, цитоплазмы и плазмалеммы (жесткие связи), множество клеток одной ткани (корпускулярность), взаимоотношения определенных тканевых структур в органе (жесткие связи), набор органов (корпускулярность), взаимоотношения систем органов (жесткие связи), множество особей одного пола (корпускулярность), взаимодополняемость полов (жесткие связи).

                   Другой способ совмещения корпускулярного  и «жесткого» принципов организации  реализуется в биологических  системах «звездного» типа, причем, на одном структурном уровне.

                   В «центре» такой системы находится  орган (как правило, характеризующийся  эволюционной консервативностью), связанный  тесными связями с определенным  множеством «периферических» органов  (признак «жестких» систем). Вместе  с тем «периферические» органы, находясь в зависимости от  «центрального», совершенно независимы  друг от друга, прежде всего,  в эволюционном плане. Это означает, что структуры, располагающиеся  на периферии «звездных» систем, могут свободно эволюционировать  и приводить к совершенно различным  эволюционным результатам (признак  корпускулярных систем).

                  Примером может служить эндокринная система позвоночных животных. Так, «ось» гипоталамус - гипофиз - половые железы (центр системы) определяет развитие вторичных половых признаков - рога у оленей, грива у львов, характерное оперение у птиц, голосовой аппарат и гребень - у земноводных, яркая расцветка - у рыб (периферия системы) [5].

                   По типу взаимодействия с окружающей средой системы делятся на открытые и закрытые.

                  Открытыми являются системы реального мира, обязательно обменивающиеся веществом, энергией или информацией с окружающей средой.

                 Закрытые системы не обмениваются ни веществом, ни энергией, ни информацией с окружающей средой. Это понятие является абстракцией высокого уровня и, хотя существует в науке, реально не существует, так как в действительности никакая система не может быть полностью изолирована от воздействия других систем. Поэтому все известные в мире системы являются открытыми.

                По составу системы можно разделить на материальные и идеальные. Биологические системы относятся к материальным системам [4].

3. Свойства биологических систем

                  Системный подход к биологическим  объектам позволил выявить ряд  присущих им характерных особенностей. Обмен веществ между элементами (подсистемами) внутри системы и  системой и окружающей средой, организованный во времени и  в пространстве и сопровождающийся  преобразованием элементов системы;  рециркуляция веществ на всех  уровнях организации системы. 

3.1. Итеративность

                 Итеративность - многократное повторение  одной и той же операции (размножение  организмов, репликация нуклеиновых  кислот, циклы биохимических реакций,  ферментативный катализ и др.).

3.2. Дискретность

                 Биосистемы состоят из набора относительно автономных структурных единиц различного ранга. Их разнообразные функции обеспечиваются путем комбинации небольшого числа стандартных функциональных блоков - идентичных для большинства организмов молекул и надмолекулярных комплексов.

                Дискретность биологических систем во времени заключается в том, что время их существования конечно. Важной особенностью временной организации биологических систем является то, что продолжительность существования составляющих их подсистем и элементов, как правило, значительно различаются. При этом наблюдается следующая закономерность: чем ниже ранг подсистемы (элемента), тем короче время ее (его) жизни.      

                Однако прекращение существования подсистемы (элемента) как физической единицы не означает более или менее быстрое исчезновение множества элементов, членом которого она (он) является. Их количественный баланс и качественные характеристики поддерживаются сформировавшимися в эволюции специальными механизмами (размножение, физиологическая регенерация и др.), благодаря чему и обеспечивается целостность и преемственность биологических систем во времени.

                  Наиболее наглядно эта закономерность  прослеживается на организменном  (онтогенетическом) уровне организации  живой природы. Смерть является  неизбежным финалом индивидуального развития отдельных особей. Вместе с тем, благодаря их способности к размножению вид, который они представляют, может существовать длительное время. Избыток структурных элементов и связей между ними позволяет повысить надежность биосистем и их устойчивость к повреждающим факторам, а также обеспечить им свойство пластичности - способности легко переходить из одного режима функционирования в другой.