5.4. Сущность и основные признаки живых систем
В классической биологии соперничали две противоположные позиции, объяснявшие сущность живого принципиально различным образом, – редукционизм и витализм. Сторонники редукционизма считали, что все процессы жизнедеятельности организмов можно свести к совокупности определенных химических реакций. Термин «редукционизм» происходит от латинского слова reductio – отодвигать назад, возвращать. Идеи биологического редукционизма опирались на представления вульгарного механистического материализма, получившего наибольшее распространение в философии XVII–XVIII вв. Механистический материализм все процессы, происходящие в природе, объяснял с помощью законов классической механики. Адаптация механистической материалистической позиции к биологическому познанию привела к формированию биологического редукционизма. С точки зрения современного естествознания, редукционистское объяснение не может быть признано удовлетворительным, поскольку выхолащивает саму сущность живого. Тем не менее в биологии XVIII в. редукционизм получил широкое распространение.
Противоположностью редукционизма является витализм, сторонники которого объясняют специфику живых организмов присутствием в них особой жизненной силы. Термин «витализм» происходит от латинского слова vita – жизнь. Философской базой витализма является идеализм. Сторонники витализма использовали ограниченность редукционистской парадигмы как аргумент в пользу собственной правоты. Однако витализм не прояснял специфики и механизмов функционирования живого, сводя все отличия органического от неорганического к действию таинственной и непознаваемой «жизненной силы». Несмотря на то что витализм не объяснял сущности живого, в классической биологии было немало сторонников этой позиции.
Современная биология основными свойствами живого считает самостоятельный обмен веществ, раздражимость, подвижность, рост, способность к размножению и приспособляемость к среде. По совокупности этих свойств живое отличается от неживого. Биологические системыг – это целостные открытые системы, постоянно обменивающиеся с окружающей средой веществом, энергией и информацией и способные к самоорганизации. Живые системы активно реагируют на изменения окружающей среды, приспосабливаясь к новым условиям. Биологические системы способны к самовоспроизводству, а следовательно, к сохранению и передаче генетической информации последующим поколениям. Отдельные качества живого могут быть присущи и неорганическим системам, однако ни одна неорганическая система не обладает всей совокупностью перечисленных выше свойств.
Существуют переходные формы, которые объединяют в себе свойства живого и неживого, например вирусы. Слово «вирус» образовано от латинского virus – яд. Вирусы были открыты в 1892 г. русским ученым Д. Ивановским. С одной стороны, они состоят из белков и нуклеиновых кислот и способны к самовоспроизводству, т. е. имеют признаки живых организмов, но с другой стороны, вне чужого организма или клетки они не проявляют признаков живого – не имеют собственного обмена веществ, не реагируют на раздражители, не способны к росту и размножению. По своей структуре вирусы очень похожи на гены, исследования современной молекулярной биологии подтвердили это обстоятельство. В связи с этим даже обсуждается вопрос об эволюционной роли вирусов, которые иногда называют «взбесившимися генами» (5.6).
Все живые существа на Земле имеют одинаковый биохимический состав: 20 аминокислот, 5 азотистых оснований, глюкоза, жиры. Следует отметить, что современной органической химии известно более чем 100 аминокислот. По-видимому, такое небольшое число соединений, образующих все живое, является результатом отбора, который проходил на этапе предбиологической эволюции. Белки, из которых состоят живые системы, представляют собой высокомолекулярные органические соединения. В каждом конкретном белке порядок аминокислот всегда один и тот же.
Большинство белков выступает в качестве ферментов – катализаторов химических реакций, происходящих в живых системах.
5.5. Уровни организации живой природы
Жизнь на Земле представляет собой целостную систему, состоящую из различных уровней. Выделяют четыре основных уровня организации живой материи:
• молекулярно-генетический;
• онтогенетический;
• популяционно-видовой;
• биогеоценотический.
Единицей молекулярно-генетического уровня выступает ген – структурный элемент молекулы дНк, несущий наследственную информацию, передаваемую от поколения к поколению, а элементарным явлением – воспроизводство генетических кодов по принципу матрицы (5.6).
Единицей онтогенетического уровня организации живого выступает отдельная особь, а элементарным явлением – онтогенез. Биологическая особь может быть как одноклеточным, так и многоклеточным организмом, однако в любом случае она представляет собой целостную, самовоспроизводящуюся систему. Онтогенез – процесс индивидуального развития организма от рождения через последовательные морфологические, физиологические и биохимические изменения до смерти, процесс реализации наследственной информации. Термин «онтогенез» был введен в науку немецким биологом Э. Геккелем, который сформулировал закон о повторении в онтогенезе – индивидуальном развитии организма – основных этапов филогенеза – развития вида, к которому принадлежит данный организм. «Онтогения, – писал Э. Геккель, – является краткой и быстрой рекапитуляцией филогении, обусловленной физиологическими функциями наследственности (размножения) и приспособления (питания). Органический индивидуум повторяет в быстром и кратком ходе своего индивидуального развития самые важные из изменений форм, через которые прошли его предки в медленном и длительном ходе их палеонтологического развития согласно законам наследственности и приспособления». Эта закономерность называется основным биогенетическим законом. Единая теория онтогенеза пока не создана, поскольку не прояснены причины и факторы, определяющие индивидуальное развитие организма, и т. п. Сейчас можно говорить лишь о том, что онтогенез является следствием реализации сложной согласованной программы развертывания наследственных свойств организма.
Единица популяционно-видового уровня – популяция, а элементарное явление – направленное изменение ее генетического состава. Популяция – это совокупность особей одного вида, относительно изолированная от других групп этого же вида, занимающая определенную территорию, воспроизводящая себя на протяжении длительного времени и обладающая общим генетическим фондом. Популяция рассматривается как целостная открытая система, все элементы которой взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой. Термин «популяция» был введен одним из основателей генетики В. Иогансеном. Популяции существуют на протяжении длительного времени и способны к самостоятельному эволюционному развитию, их рассматривают в качестве «атомов» эволюционного процесса. Изучением популяций занимается популяционная биология. Кроме того, популяции выступают объектом рассмотрения синтетической теории эволюции, в рамках которой дается объяснение эволюционных механизмов в живой природе (5.7).
Совокупность совместно обитающих и взаимодействующих между собой популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих определенную территорию, называется биоценозом. Биоценозы являются составным компонентом более сложной системы биогеоценоза. Биогеоценоз выступает единицей биогеоценотического уровня. Элементарное явление этого уровня – переходы биогеоценозов из одного состояния динамического равновесия в другое. Биогеоценозы иначе называют экологическими системами. Термин «биогеоценоз» был введен русским ученым В.Н. Сукачевым в 1940 г., а термин «экологическая система» – английским ботаником А. Тенсли в 1935 г.
Биогеоценоз – сложная динамическая система, представляющая собой совокупность биотических (популяции различных видов растений, животных и микроорганизмов) и абиотических (атмосфера, почва, вода, солнечная энергия) элементов, связанных между собой обменом вещества, энергии и информации. Биогеоценоз – целостная развивающаяся система, взаимодействия в которой описываются принципами прямых и обратных связей. Равновесие экологической системы поддерживается за счет внутренних сил самой этой системы. Поэтому о биогеоценозах говорят как об открытых системах, способных к самоорганизации в результате обмена энергией, веществом и информацией со средой, т. е. с другими биогеоценозами. Закономерности развития биогеоценозов можно описать в терминах синергетики (7.2).
