Концепции уровней биологических структур и организации живых систем

<

112514 0143 1 Концепции уровней биологических структур и  организации живых системКак и неживая природа, жизнь имеет ряд уровней своей материальной организации. Можно выделить системы (рис.1):

– молекулярно-генетический уровень биологических структур (доклеточный уровень);

– онтогенетический (организменный) уровень живых систем;

– уровни организации живых систем;

Особые уровни организации живой природы образуют надорганизменные-структуры, которые рассматриваются с учетом связи и взаимодействий с другими структурами (организмами). К ним относятся: первый популяционныи уровень, который начинается с изучения взаимосвязи и взаимодействия между сообществами особей одного вида, имеющих единый генофонд и занимающих единую территорию. По современным представлениям, именно популяции служат элементарными единицами эволюции. Второй надорганизменный уровень организации живого составляют различные системы популяций, которые называют биогеоценоз.

Они являются более обширными объединениями живых существ и в значительной мере зависят от небиологических, или абиотических факторов развития (климатические условия, атмосферные осадки, температура, влажность и др.).

Третий надорганизменный уровень организации содержит в качестве элементов разные биоценозы и в еще большей степени характеризуется зависимостью от многочисленных земных и абиотических условий существования. Для его обозначения академик В.Н. Сукачев (1880-1967 гг.) ввел термин биогеоценоз.

Четвертый надорганизменный уровень организации возникает из объединения самых разнообразных биогеоценозов, которые взаимодействуют не только между собой, но и с окружающей средой. Такая целостная система называется биосферой.

Таким образом, в функционировании и развитии живой природы особенно наглядно и убедительно выступают её целостность и систематичность, которые проявляются в существовании различных иерархических уровней её организации. При этом каждый новый уровень характеризуется своими особыми свойствами и закономерностями.

 

112514 0143 2 Концепции уровней биологических структур и  организации живых систем112514 0143 3 Концепции уровней биологических структур и  организации живых систем

 

Рис. 1 – Схема иерархической организации материи

Живые системы — открытые системы, постоянно обменивающиеся веществом, энергией и информацией со средой. Обмен веществом, энергией и информацией происходит и между частями (подсистемами) системы. Для живых систем характерны отрицательная энтропия (увеличение упорядоченности), способность к самоорганизации.

Системы органического мира организованы иерархически и представлены большим количеством уровней структурно-функциональной организации. На каждом уровне складываются свои специфические механизмы саморегуляции, основанные, как правило, на принципе обратной связи (отрицательной или положительной), когда отклонение некоторого параметра от необходимого уровня приводит к «включению» функций, которые ликвидируют дисбаланс, возвращая данный параметр к нужному уровню. В случае отрицательной обратной связи знак изменения противоположен знаку первоначального отклонения, а при положительной обратной связи знак изменения совпадает со знаком отклонения; при этом система выходит из одного стационарного состояния и переходит в другое. Любая биологическая система способна пребывать в различных стационарных состояниях. Это позволяет ей, с одной стороны, функционировать в определенных отношениях независимо от среды, а с другой — адаптир Системно-структурные уровни организации многообразных форм живого достаточно многочисленны: молекулярный, субклеточный, клеточный, органотканевый, организменный, популяционный, видовой, биоценотический, биогеоценотический, биосферный. Могут быть определены и другие уровни. Но во всем многообразии уровней выделяются некоторые основные.

Критерием выделения основных уровней выступают специфические дискретные структуры и фундаментальные биологические взаимодействия. На основании этих критериев достаточно четко выделяются следующие уровни организации живого: молекулярно-генетический, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический.

Молекулярно-генетический уровень. Знание закономерностей этого уровня организации живого — необходимая предпосылка ясного понимания жизненных явлений, происходящих на всех остальных уровнях организации жизни. На данном уровне организации жизни элементарной единицей являются гены, несущие в себе коды наследственной информации. В XX в. развитие хромосомной теории наследственности, анализ мутационного процесса, изучение строения хромосом, фагов и вирусов, развитие молекулярной биологии, биохимии позволили раскрыть основные черты организации элементарных генетических структур и связанных с ними явлений.

Выяснено, что основные структуры на этом уровне представлены молекулами ДНК, дифференцированными по длине на элементы кода — триплеты азотистых оснований, образующих гены. Основные свойства генов: способность их конвариантной редупликации, локальным структурным изменениям (мутациям), способность передавать хранящуюся в них информацию внутриклеточным управляющим системам.

Организменный уровень. Следующий, более сложный, комплексный уровень организации жизни на Земле — организменный. Он связан с жизнедеятельностью отдельных биологических особей, дискретных индивидов. Индивид, особь — неделимая и целостная единица жизни на Земле.

В многообразной земной органической жизни особи имеют различное морфологическое содержание: одноклеточные, состоящие из ядра, цитоплазмы, множества органелл и мембран, макромолекул и т.д. Здесь и многоклеточная особь, образованная из миллионов и миллиардов клеток. Сложность многоклеточных особей неизмеримо выше сложности одноклеточных. Но и одноклеточная, и многоклеточная особи обладают системной организацией и выступают как единое целое.

Причем важно то, что характеристика особи не может быть исчерпана рассмотрением физико-химических свойств макромолекул, входящих в его состав. Невозможно разделить особь на части без потери «индивидуальности». Это позволяет назвать Организменный уровень особым уровнем организации жизни. Таким образом, на организменном уровне единицей жизни служит особь — с момента ее рождения до смерти.

Популяционно-видовой уровень. Особи в природе не абсолютно изолированы друг от друга, а объединены болев высоким рангом биологической организации. Это популяционно-видовой уровень. Он возникает там и тогда, где и когда происходит объединение особей в популяции, а популяций в вицы. Популяции характеризуются появлением новых свойств и особенностей в живой природе, отличных от свойств молекулярно-генетического и онтогенетического уровней.

<

Популяции выступают как элементарные, далее неразложимые эволюционные единицы, представляющие собой генетически открытые системы, так как особи из разных популяций иногда скрещиваются и популяции обмениваются генетической информацией. На популяционно-видовом уровне особую роль играет свободное скрещивание между особями внутри популяции и вида. Виды являются генетически закрытыми системами, поскольку в природе скрещивание особей разных видов в подавляющем большинстве случаев не ведет к появлению плодовитого потомства.

Биогеоценотический уровень. Популяции разных видов взаимодействуют между собой. В ходе взаимодействия они объединяются в сложные системы — биоценозы. Биоценоз — совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих участок среды с более или менее однородными условиями существования и характеризующихся определенными взаимосвязями между собой. Совокупность растений, входящих в биоценоз, называют фитоценозом, а совокупность животных — зооценозом. Компоненты, образующие биоценоз, взаимозависимы. Изменения, касающиеся только одного вида, могут сказаться на всем биоценозе и даже вызвать его распад.

Высокоорганизованные организмы для своего существования нуждаются в более простых организмах. Поэтому каждый биоценоз неизменно содержит как простые, так и сложные компоненты. Биоценоз только из бактерий или деревьев никогда не сможет существовать, как нельзя представить биоценоз, населенный лишь позвоночными или млекопитающими. Таким образом, низшие организмы в биоценозе — это не какой-то случайный пережиток прошлых эпох, а необходимая составная часть биоценоза.

Биоценозы характеризуются биомассой, продукцией и структурой (пространственной, видовой, пищевой). В ходе развития биоценоза растет его биомасса, усложняется структура, увеличивается продукция. Только знание всех закономерностей биоценоза позволяет рационально использовать продукцию биоценозов без их необратимого разрушения.

Биоценозы входят в качестве составных частей в еще более сложные системы (сообщества) — биогеоценозы. Биогеоценоз (экосистема, экологическая система) — взаимообусловленный комплекс живых и абиотических компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергией. Абиотическими компонентами биогеоценозов являются атмосфера, солнечная энергия, почва, вода, химические компоненты, включенные в биотический круговорот. Биогеоценоз — одна из наиболее сложных природных систем, продукт совместного исторического развития в относительно однородной абиотической среде многих видов растений и животных, в ходе которого все компоненты приспосабливались друг к другу.

Биогеоценоз — это целостная система. Виды в биогеоценозе действуют друг на друга не только по принципу прямой, но и обратной связи (в том числе посредством изменения ими абиотических условий). Выпадание одного или нескольких компонентов биогеоценоза может привести к разрушению его целостности, что часто ведет к необратимому нарушению равновесия и гибели биогеоценоза как системы. В целом жизнь биогеоценоза регулируется силами, действующими внутри самой системы, т.е. можно говорить о его саморегуляции. В то же время биогеоценоз представляет собой незамкнутую систему, имеющую каналы вещества и энергии, связывающие соседние биогеоценозы. Обмен веществом и энергией между ними может осуществляться в разных формах: газообразной, жидкой и твердой, а также в форме миграции животных.

Уравновешенная, взаимосвязанная и стойкая во времени система — биогеоценоз является результатом длительной и глубокой адаптации составных компонентов. Устойчивость его пропорциональна многообразию его компонентов: чем многообразнее биогеоценоз, тем он, как правило, устойчивее во времени и пространстве. Например, биогеоценозы, представленные тропическими лесами, гораздо устойчивее биогеоценозов в зоне умеренного или арктического поясов, так как они состоят из гораздо большего множества видов растений и животных.

Первичной биотической основой для сложения биогеоценозов в данных абиотических условиях (почва, вода и др.) служат автотрофы — зеленые растения и микроорганизмы, хемосинтетики, производящие органическое вещество. Автотрофные растения и микроорганизмы представляют жизненную среду для гетеротрофов — животных, грибов, большинства бактерий, вирусов. Поэтому границы биогеоценозов чаще всего совпадают с границами фи-тоценозов’. Но и животные впоследствии начинают играть важную роль в жизни растений: они осуществляют опыление, распространение плодов, участвуют в круговороте веществ и т.д. Так складывается биогеоценотический комплекс, который может существовать веками.

Вся совокупность связанных между собой круговоротом веществ и энергии биогеоценозов на поверхности нашей планеты образуют мощную систему биосферы Земли.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Научные революции в истории общества: третья и четвертая научные революции

 

Научные революции это – переломные этапы развития научки, кризисы, выход на качественно новый уровень знаний, радикально меняющий прежнее видение мира. Причем революция в науке не кратковременное событие, ибо коренные изменения в научных знаниях требуют определенного времени. В любой научной революции можно хронологически выделить некоторый более или менее длительный исторический период, в течение которого она происходит. Глобальная научная революция приводит к формированию совершенно нового видения мира, вызывает появление принципиально новых представлений о его структуре и функционировании, а также влечет за собой новые способы, методы его познания. Глобальная научная революция может происходить первоначально в одной из фундаментальных наук (или даже формировать эту науку), превращая ее затем на определенный исторический период в лидера науки. Последнее означает, что происходит своеобразная экспансия ее новых представлений, принципов, методов, возникших в ходе революции, на другие области знания и на миропонимание в целом. В дальнейшем изложении мы рассмотрим несколько глобальных научных революций, имевших место в истории естествознания и определивших характер его формирования и развития во второй половине нынешнего тысячелетия.

Начало процессу стихийной диалектизации естественных наук, составившему суть третьей революции в естествознании, положила работа немецкого ученого и философа Иммануила Канта «Всеобщая естественная история и теория неба». В этом труде, опубликованном в 1755 г., была сделана попытка исторического объяснения происхождения Солнечной системы. С появлением данной работы «3емля и вся Солнечная система предстали как нечто ставшее во времени».

«Потрясение основ» — третья научная революция — произошло на рубеже XIX-XX вв. В это время последовала целая серия блестящих открытий в физике (сложной структуры атома, явления радиоактивности, дискретного характера электромагнитного излучения и т. д.). Их общим мировоззренческим итогом явился сокрушительный удар по базовой предпосылке механистической картины мира — убежденности в том, что с помощью простых сил, действующих между неизменными объектами, можно описать все явления природы, а универсальный ключ к пониманию происходящего дает механика И. Ньютона. Наиболее значимыми теориями, составившими основу но-, вой парадигмы научного знания, стали теория относительности (специальная и общая) и квантовая механика. Первую можно квалифицировать как новую общую теорию пространства, времени и тяготения. Вторая обнаружила вероятностный характер законов микромира, а также неустранимый корпускулярно-волновой дуализм в фундаменте материи. Подробнее суть этих открытий будет рассмотрена в следующих главах. Здесь же сформулируем те принципиальные изменения, которые претерпела общая, естественно-научная картина мира и сам способ ее построения в связи с появлением этих теорий.

Ньютоновская естественно-научная революция изначально была связана с переходом от геоцентризма к гелиоцентризму. Эйнштейновский переворот означал принципиальный отказ от всякого центризма вообще. «Привилегированных», выделенных систем отсчета в мире нет, все они равноправны. Причем любое утверждение имеет смысл только будучи «привязанным», соотнесенным с какой-либо конкретной системой отсчета. А это означает, что любое наше представление, в том числе и вся научная картина мира, в целом релятивны, т.е. относительны.

Классическое естествознание опиралось и на другие исходные идеализации, интуитивно очевидные и прекрасно согласующиеся со здравым смыслом. Речь идет о понятиях траектории частиц, одновременности событий, абсолютного характера пространства и времени, всеобщности причинных связей и т.д. Все они оказались неадекватными при описании микро- и мегамиров и потому были видоизменены. Поэтому можно сказать, что новая картина мира переосмыслила исходные понятия пространства, времени, причинности, непрерывности и в значительной мере «развела» их со здравым смыслом и интуитивными ожиданиями.

Неклассическая естественно-научная картина мира отвергла классическое жесткое противопоставление субъекта и объекта познания. Объект познания перестал восприниматься как существующий «сам по себе». Его научное описание оказалось зависимым от определенных условий познания. (Учет состояния движения систем отсчета при признании постоянства скорости света; учет способа наблюдения, в том числе класса приборов, при определении импульса или координат микрочастицы и пр.).

Изменилось и «представление» о естественно-научной картине мира: стало ясно, что «единственно верную», абсолютно точную картину не удастся нарисовать никогда. Любая из них может обладать лишь относительной истинностью. И это верно не только для ее деталей, но и для всей конструкции в целом.

Третья глобальная революция в естествознании началась с появления принципиально новых (по сравнению с уже известными) фундаментальных теорий — теории относительности и квантовой механики. Их утверждение привело к смене теоретико-методологических установок во всем естествознании. Позднее, уже в рамках новорожденной неклассической картины мира, произошли мини-революции в космологии (концепции нестационарной Вселенной), биологии (становление генетики) и др. В результате облик нынешнего (конца XX в.) естествознания весьма существенно видоизменился по сравнению с началом века. Начиная с последней трети ХХ века, происходит четвертая научная революция, влекущая за собой становление постнеклассической науки с присущими ей отличительными особенностями научной рациональности, включающей гуманистические ориентиры в определение стратегий научного поиска.

Четвертая научная революция — в последней трети XX века связана с появлением особых объектов исследования. Рождается постнеклассическая наука, объектом которой становится исторически развавающаяся система.

Характеристики рациональности постнеклассического типа:

1. Если в неклассической науке идеал исторической реконструкции использовался в гуманитарных науках (история, археология, языкознание и т.д.), то в постнеклассической — как тип теоретического знания стала космология, астрофизика и даже в физике элементарных частиц привело к изменению картины мира.

2. Синергетика — ведущая методологическая концепция в понимании и объяснении исторически развивающихся систем.

3. Субъект познания не является внешним наблюдателем, а становится главным участником событий.

4. Изучение систем, в которых сам человек являлся компонентом (экология, генная инженерия) и исследования за счет компьютерных программ.

5. Включение ценностей социального, этического и другого характера, т.к. человек + производственная деятельность.

Формирование в последние 10-15 лет XX в космологии как научной дисциплины => теория эволюции вселенной в целом это способствовало появлению рациональности элементов античной религиозности:

Обращение к чистому умозрению.

Поставлен вопрос: Почему вселенная устроена именно так, а не иначе?

Современный мир устроен таким образом, что допускает возможность появления человека. Человек не мог не появиться — он феномен и органический элемент космоса.

Подобие античному типу рациональности обуславливается тем, фактом что старается граница между теорией элементарных частиц и теорией вселенной. Возможно близкое понимании того, что связано со всем и все со всем.

 

 

 

 

 

 

 

3. Задание

 

Релятивистские (относительные) представления о пространстве и времени впервые возникают:

  1. в натурфилософии Древней Греции;
  2. в гелиоцентрической модели мира.
  3. в механике Ньютона;
  4. в электромагнитной картине мира;
  5. в современной физической картине мира;
  6. в специальной теории относительности Эйнштейна.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Список литературы

     

  7. Галилео Галилей. Диалог о двух главнейших системах мира птоломеевой и коперниковой», М.-Л., 1948.
  8. Горелов А. А. Концепции современного естествознания. — М.: Центр, 2006.
  9. Горелов А.А. Экология (курс лекций). Учебное пособие. — М.: Центр, 2003.
  10. Дубнищева Т.Я. и др. Современное естествознание. — М.: Маркетинг, 2004.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     


     

<

Комментирование закрыто.

MAXCACHE: 0.93MB/0.00037 sec

WordPress: 22.45MB | MySQL:120 | 1,648sec