Уровни организации жизни

Организация живой материи

Мир живой природы представляет собой совокупность разнообразных живых систем различной сложности. В свою очередь, каждая биосистема (как любая система) представляет собой совокупность связанных в единое целое элементов (компонентов), выполняющих определенные функции. Взаимосвязи таких элементов выражает структура системы, которая может быть сложной или относительно простой.
Живой материи Земли свойственна системная организация.
Взаимодействуя со средой, живые системы адаптируются к ней, приобретают специфические свойства, но сохраняют свою целостность и определенный уровень сложности. Так, биосфера как биосистема очень многокомпонентна, поскольку состоит из таких подсистем, как биогеоценозы, виды и популяции, а они состоят из организмов. Но и организмы весьма сложны, даже одноклеточные. Поэтому в середине XX века различными учеными были предприняты попытки создать классификацию всего многообразия биосистем. В 60-е годы XX века уже сложилось представление о структурных уровнях организации жизни.

Понятие о структурных уровнях организации жизни

Каждый тип биосистем отличается от других своеобразием присущих ему компонентов, процессов, структур и функций. Чтобы сравнивать свойства биосистем разных уровней, понимать, что можно считать «уровнем организации живого», и классифицировать их, отечественный философ В. И. Кремянский (1969) предложил тезис: «Каждый уровень специфичен и каждому свойственно проявление закона соотношения общего и частного». Исходя их этого, Кремянский сформулировал три обязательных критерия, по которым явление может быть признано самостоятельным структурным уровнем, существующим в пространстве и во времени: 1) в нем есть органическое отношение целого и его составных частей; 2) в нем есть специфические структуры как устойчивые признаки; 3) оно самостоятельно существует в пространстве и во времени.

Биосистемы разной степени сложности — это особые формы существования живой материи, называемые структурными уровнями организации жизни. Каждому типу биосистем присущи определенные закономерности и законы, процессы, структура и функции.
В настоящее время для сравнительного описания уровней обычно используют такие наиболее общие для них характеристики, как структура, процесс, организация и значение. Словом «структура» (от лат. structura - «строение») выражают взаимное расположение взаимосвязанных между собой элементов системы. Словом «процесс» (от лат. processus - «происхождение», «продвижение») обозначают закономерные изменения, развитие явления. Термин «организация» в теории структурных уровней выражает представление об управлении системой.

Структурные уровни организации живого

Жизнь на Земле возникла путем эволюции и может существовать только в виде различных биосистем. Становление и развитие живого вещества в процессе эволюции включало в себя появление не только дискретных носителей жизни (вначале молекулярных систем, затем клеток и многоклеточных организмов), но и возникновение надорганизменных систем: популяций и видов, биогеоценозов и целостной биосферы. Все они обеспечивают процесс самовоспроизведения и взаимообеспечения жизни в рамках биогенного круговорота веществ.

Критерием для выделения различных структурных уровней главным образом служит степень сложности структуры биосистем, возникшая в процессе исторического развития материи. Учитывая это и особенности проявления свойств жизни, выделяют шесть основных структурных уровней организации: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный (рис. 12).

Структурные уровни организации живой природы
Рис. 12. Структурные уровни организации живой природы: 1 — молекулярный; 2 — клеточный; 3 — организменный; 4 — популяционно-видовой; 5 — биогеоценотический; 6 — биосферный

Особенности основных структурных уровней организации жизни, их компоненты и свойственные им процессы описаны ниже.

Молекулярный уровень организации жизни. Представлен разнообразными молекулярными комплексами, находящимися в живой клетке (биомембрана, цепи переноса электронов, хроматин, фотохимические системы и др.). Компонентами молекулярного уровня являются молекулы неорганических и органических соединений и гены. Основные процессы: Объединение молекул в особые комплексы. Осуществление физико-химических реакций в упорядоченном виде. Копирование ДНК, кодирование и матричная передача генетической информации. Все эти процессы осуществляются только внутри живой клетки.

Клеточный уровень биосистем представлен свободно живущими клетками и клетками, входящими в многоклеточные организмы. Компонентами являются комплексы молекул химических соединений и органоиды клетки. Процессы: Синтез органических веществ (биосинтез, фотосинтез), пластический и энергетический обмен. Регуляция внутриклеточных процессов. Деление клеток. Вовлечение химических элементов Земли в энергии Солнца и биосистемы.

Организменный уровень живого представлен одноклеточными и многоклеточными организмами всех царств живой природы. Компонентом является клетка как основной структурный компонент организма. Из клеток образованы ткани и органы многоклеточного организма. Процессы: Обмен веществ, раздражимость, размножение, онтогенез. Изменчивость и передача наследственной информации потомкам. Обеспечение непрерывности жизни. Обеспечение гармонического соответствия организма среде его обитания.

Популяционно-видовой уровень организации живого представлен огромным разнообразием видов с их популяциями, обеспечивающими более полное использование условий среды в ареале вида. Компонентами популяционно-видового уровня являются группы родственных особей, объединенных определенным генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой. Основные процессы: Поддержание устойчивости генофонда и возможности его изменчивости. Накопление элементарных эволюционных преобразований. Осуществение микроэволюции. Выработка адаптаций к изменяющейся среде. Видообразование. Увеличение биоразнообразия и усложнение форм приспособленности.

Биогеоценотический уровень жизни представлен разнообразием естественных и культурных биогеоценозов во всех средах жизни. Компонентами являются популяции различных видов. Факторы среды. Пищевые сети, потоки веществ и энергии. Процессы на биогеоценотическом уровне: Круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь. Подвижное равновесие между живым населением и абиотической средой. Обеспечение живого населения условиями обитания как ресурсами жизни (питанием и жильем, укрытием и пр.)

Биосферный уровень организации жизни представлен высшей глобальной формой организации биосистем — биосферой. Компонентами являются биогеоценозы и антропогенное воздействие (по Вернадскому: живое, косное и биокосное вещество). Процессы: активное взаимодействие живого и неживого (косного) вещества планеты. Биологический глобальный круговорот. Активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы в виде хозяйственной и этнокультурной деятельности.

Иерархия структурных уровней биосистем

Перечень биосистем (от молекулярных систем до биосферы) по их структурной сложности представляет собой некую иерархию форм жизни, где каждый тип биосистем как бы находится на определенном уровне (ступени) — выше или ниже один по отношению к другому. Пир этом биосистемы все вместе представляют собой живую материю в виде сложной, упорядоченной структуры. Относительно друг друга биосистемы включены одна в другую как части в целое. В то же время каждая биосистема дискретна и представляет собой особую целостность в общей структуре живой материи.

Слово «уровень» показывает, что в развитии природных объектов есть положение неких «высоких» ступеней относительно «низких». Подчиненность менее высоких более высоким ступеням организованности систем часто выражают термином «иерархичность». Вместе с тем понятие «уровень» в каждом случае отражает сферу действия специфических законов, свойственных биосистемам, качественно отличающимся друг от друга по сложности своих структур.

Вся материя является носителем особых форм движения, выраженного в системах различного уровня. Биология в этом материальном мире изучает лишь структурные уровни организации живой материи, представленные в форме живых систем — биосистем (рис. 13).

Структурные уровни организации материи и расположение уровней жизни
Рис. 13. Структурные уровни организации материи и расположение уровней жизни

Свойства и явления систем отдельных уровней возникают как результат слияния и взаимодействия частей систем предыдущих уровней. Притом каждая последующая ступень, вбирая в себя типы связей предыдущих уровней, видоизменяет их и включает в свои связи, отчего становится более сложной по структуре и по действию. То, что было раньше относительно самостоятельным целым, превращается в части, элементы более высокого уровня. Законы, присущие телам предыдущего уровня, влияют на поведение систем более высокого уровня и проявляются в них некоторыми сторонами, но не отражают их полностью, так как выступают как части целого. Таким образом, каждому уровню присущи свои особые свойства.

Заметим, что свойства систем более высокого уровня возникают не в результате разрушения свойств предыдущего уровня, а путем их интеграции — объединения и организации как новых единиц в единую систему. При этом всегда появляются новые, добавочные, эмерджентные (от англ. emergence - «неожиданно появляющиеся») свойства. Поэтому каждому уровню присущ свои особые законы.

Все уровни имеют в своей структуре один и тот же материальный субстрат (живое вещество и неживую материю), но специфичность связей, существующих между элементами, приводит к возникновению особых свойств, характерных для этого уровня.

Каждый структурный уровень организации жизни — это особое природное явление, проявляющееся в пространстве и во времени.

Все уровни биосистем возникли фактически одновременно с появлением первых живых организмов еще в очень давние времена. С тех времен — и в водной среде, и по выходе организмов на сушу — разнообразие жизни усложнилось: от суборганизменных, клеточных и организменных биосистем к надорганизменным и многовидовым формам.

Таким образом, жизнь на Земле сложно упорядочена и проявляется одновременно в виде нескольких разных структурных уровней организации биосистем. Между ними существует взаимообусловленное единство, обеспечивающее системную организацию и целостность живой материи. Все уровни можно рассматривать как широкомасштабные явления жизни, где непрерывно совершается усложнение структуры биосистем и вей живой материи в целом.