1. Понятие концепции структурных уровней

Биология – совокупность наук о живой природе – об огромном разнообразии вымерших и ныне населяющих Землю живых существ, их строении и функциях, распространении и развитии, связанных друг с другом и с неживой природой. На начальном этапе развития биология была традиционной, т.е. носила описательный характер. Объект ее изучения – живая природа в естественном состоянии и целостности. Большой вклад в традиционную биологию внес Карл Линней. Наиболее значительное ее достижение – классификация растительного и животного мира. Ее научный материал накапливается в результате непосредственного наблюдения объекта изучения – живой природы.

В разных организмах число клеток существенно отличается. В соответствии с числом клеток все живые организмы делят на пять царств.

Считается, что первые живые организмы представляли из себя одиночные клетки, что подтверждается самыми древними ископаемыми организмами, и эволюция сопровождалась усложнением структуры и числа клеток.

 С учетом уровня организации можно рассматривать иерархию структур организации материальных объектов живой и неживой природы. Такая иерархия структур начинается с элементарных частиц и заканчивается живыми сообществами. Концепция структурных уровней впервые была предложена в 20-х г.г. нашего столетия. В соответствии с ней структурные уровни различаются не только по классам сложности, но и по закономерностям функционирования. Концепция включает в себя иерархию структурных уровней, в которой каждый последующий уровень входит в предыдущий.

Каждая группа многоклеточных организмов – растений, животных и грибов имеет свой план строения, приспособленный к своему образу жизни, а у каждого вида в процессе эволюции сложилась определенная разновидность этого достаточно гибкого плана. Такая классификация, известная еще со времен шведского естествоиспытателя Карла Линнея, основывалась на сходстве строения. Когда биологи поняли, что все организмы вероятно, связаны с какими-то древними формами жизни, они стали классифицировать их на основе эволюционного родства – появилась эволюционная теория. Поскольку внешнее сходство свидетельствовало о наличии родственных связей, обе классификации оказались похожими. Сейчас существуют разные комиссии по классификации животных, растений и бактерий.[1]

Линней создал систему растительного и животного мира и построил наиболее удачную классификацию, которая производилась по определенным признакам, отражающим закономерности, наблюдаемые в живой природе. По таким признакам растения объединились в группы, называемые таксонами. Линней ввел бинарную номенклатуру для обозначения рода и вида.

Мишель Адансон предложил принцип классификации растений по сходству максимального числа признаков с применением математических методов. Естественные системы создаются как правило в рамках какой-либо концепции, включающей принцип нахождения генеалогического родства и установления преемственности происхождения.

Уровни организации живых систем представляют собой некую упорядоченность, иерархическую систему, которая является одним из основных свойств живого, см. таблицу 1.

Таблица 1

Уровни организации живых систем[2]

Каждая живая система состоит из единиц подчиненных ей уровней организации и является единицей, входящей в состав живой системы, которой она подчинена. Например, организм состоит из клеток, являющихся живыми системами, и входит в состав недоорганизменных биосистем (популяций, биоценозов).

2. Характеристика структурных уровней организации жизни

Существование жизни на всех уровнях подготавливается и определяется структурой низшего уровня:

-              характер клеточного уровня организации определяется молекулярным;

-              характер организменного – клеточным;

-              популяционно-видовой – организменным и т.д.

1. Молекулярный уровень. Молекулярный уровень несет отдельные, хотя и существенные признаки жизни. На этом уровне обнаруживается удивительное однообразие дискретных единиц. Основу всех животных, растений и вирусов составляют 20 аминокислот и 4 одинаковых оснований, входящих в состав молекул нуклеиновых кислот. У всех организмов биологическая энергия запасается в виде богатой энергией аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Наследственная информация у всех заложена в молекулах дизоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), способной к саморепродукции. Реализация наследственной информации осуществляется при участии молекул рибонуклеиновой кислоты (РНК).[3]

2. Клеточный уровень. Клетка является основной самостоятельно функционирующей элементарной биологической единицей, характерной для всех живых организмов. У всех организмов только на клеточном уровне возможны биосинтез и реализация наследственной информации. Клеточный уровень у одноклеточных организмов совпадает с организменным. В истории жизни на нашей планете был такой период (первая половина протерозойской эры ~ 2000 млн. лет назад), когда все организмы находились на этом уровне организации. Из таких организмов состояли все виды, биоценозы и биосфера в целом.

3. Тканевый уровень. Совокупность клеток с одинаковым типом организации составляет ткань. Тканевый уровень возник вместе с появлением многоклеточных животных и растений, имеющих различающиеся между собой ткани. Большое сходство между всеми организмами сохраняется на тканевом уровне.

4. Органный уровень. Совместно функционирующие клетки, относящиеся к разным тканям, составляют органы. (Всего лишь шесть основных тканей входят в состав органов всех животных и шесть основных тканей образуют органы у растений).[4]

5. Организменный уровень. На организменном уровне обнаруживается чрезвычайно большое многообразие форм. Разнообразие организмов, относящихся к разным видам, а также в пределах одного вида, объясняется не разнообразием дискретных единиц низшего порядка (клеток, тканей, органов), а усложнением их комбинаций, обеспечивающих качественные особенности организмов. В настоящее время на Земле обитает более миллиона видов животных и около полумиллиона видов растений. Каждый вид состоит из отдельных индивидуумов (организмы, особи), имеющих свои отличительные черты.

6. Популяционно-видовой уровень. Совокупность организмов одного вида, населяющих определенную территорию, составляет популяцию. Популяция – это недоорганизменная живая система, которая является элементарной единицей эволюционного процесса; в ней начинаются процессы видообразования. Популяция входит в состав биоценозов.

7. Биоценотический уровень. Биогеоценозы – исторически сложившиеся устойчивые сообщества популяций различных видов, связанных между собой и окружающей средой обменом веществ, энергии и информации. Они являются элементарными системами, в которых осуществляется вещественно-энергетический круговорот, обусловленный жизнедеятельностью организмов.

8. Биосферный уровень. Совокупность биогеоценозов составляют: биосферу и обуславливают все процессы, протекающие в ней. Эта область жизни охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Вернадский создал учение о биосфере как об активной оболочке земли, в которой совокупная деятельность живых организмов, включая человека, является геохимическим фактором планетарного масштаба и значения.[5]

Таким образом, мы видим, что вопрос о структурных уровнях в биологии имеет некоторые особенности по сравнению с его рассмотрением в физике. Эта особенность состоит в том, что изучение каждого уровня организации в биологии ставит своей главной целью объяснение феномена жизни. Действительно, если в физике деление на структурные уровни материи в достаточной степени условно (критериями здесь являются масса и размеры), то уровни материи в биологии отличаются не столько размерами или уровнями сложности, но главным образом, закономерностями функционирования.Действительно, если, например, исследователь изучил физико-химические свойства биологического объекта и его структуру, но не установил его биологического назначения в целостной системе, это будет означать, что изучен ещё один определенный объект, но не уровень живой материи. Ещё одна особенность структуризации живой материи состоит в иерархической соподчиненности уровней. Это означает, что низшие уровни как единое целое входят в высшие. Эта концепция структуризации получила название «многоуровневой иерархической матрешки».Важно отметить, также, что число выделяемых в биологии уровней зависит от глубины профессионального изучения мира живого.