2.1.Системна концепція біорізноманіття

В остаточному підсумку кожна наука – систематизоване знання й створення раціональної системи досліджуваних об'єктів – неодмінне завдання всіх природних дисциплін.

Відповідно до сучасних уявлень, можна розрізняти кілька рівнів організації життя (молекулярний, генетичний, клітинний, організмений, популяційний, екосистемний, біосферний), кожний з яких володіє властивим йому специфічним біорізноманіттям.

При визначенні сутності живого із системних позицій, живе разом з іншими його властивостями потрібно розглядати як дискретні матеріальні системи й комплекси систем.

Концепція про живе як про системи взаємодіючих частин розвивалася трьома шляхами:

Перший шлях: формування знань про взаємодію частин, що складають організм, тобто пізнання організму як цілого.

Другий шлях: розвиток уявлень про вид як взаємозв'язок індивідів.

Третій шлях: розвиток суджень про взаємини різних видів, що живуть спільно.

Розвиток розуміння організму як цілого.

Жорж Кюв'є [1769–1832], формулюючи в 1817 році принцип кореляції, або принцип кінцевих причин, уперше вказав на цілісність живого організму. Він писав: «Усяка організована істота утворює цілу, єдину замкнуту систему, частини якої відповідають один одному й сприяють шляхом взаємного впливу одній кінцевій меті. Жодна із цих частин не може змінитися без того, щоб не змінилися інші, і, отже, кожна з них, узята окремо, указує й визначає всі інші».

Настільки ж вагомий внесок у уявлення про системності живого внесений фізіологією.

Клод Бернар [1813 – 1878] спостерігав зміну кровообігу в вухах кролика після перетинання й подразнення симпатичних нервових волокон. Так була відкрита вазомоторна, тобто судиннорухова, функція нервової системи й установлене значення цієї функції для регуляції тепловіддачі.

Відкриття вазомоторної функції нервової системи розкривало новий бік життєдіяльності організму – його цілісність.

Для розвитку ідей про організм як ціле надзвичайно велике значення ембріологічних досліджень.

У 1924 році Г. Мангольд, співробітниця лабораторії Г. Шпеманна, пересадила ділянку губи бластопора одного зародка на спинну сторону іншого зародка. У результаті в реципієнта розвилася друга нервова губка й весь осьовий комплекс органів.

Подальший розвиток поглядів про взаємодію частин в організмі, що розвивається, виразилося у встановленні етапів морфогенезу:

• етапу залежних диференціювань;

• етапу самодиференціювань;

• етапу розвитку функціональних зв'язків як заключного періоду у формуванні остаточної структури організму.

На всіх етапах морфогенезу чітко проявляється взаємодія виникаючих структур, взаємодія, що змінюється у своїх масштабах, але, проте, що завжди є внутрішньою причиною розвитку системи.

Істотна роль у становленні уявлень про цілісність організму належить теорії М. І. Вавилова про гомологічну спадкову мінливість [1920].

З погляду Вавилова, мутаційний процес, що лежить в основі спадкоємної мінливості, при всій його випадковості, підлеглий певним внутрішнім законам. Це виражено ним у наступних словах: «Мутації в близьких видах і родах ідуть, як правило, у тому самому напрямку». Вавилов уважав, що в цьому явищі знаходить висвітлення взаємодія генів як історично сформованих комплексів. На підставі теорії Вавилова, генотип стали розуміти як глибоко інтегровану систему генів, здатну регулювати процеси спадкоємної мінливості.

Другий шлях до розуміння системності живого – аналіз зв'язку між індивідами в межах виду.

Як відомо, перше уявлення про вид сформулював Джон Рей [1627–1705], що вважав, що вид – це сукупність особин, як діти подібних на батьків.

К. Лінней, надав опис більше ніж 4 тис. видів тварин і рослин, чітко обґрунтував уявлення про мономорфізм видів, тобто уявлення про подібність всіх особин виду за всіма ознаками.

В 1910 році була опублікована стаття відомого російського ентомолога А. П. Семенова-Тян-Шанського «Таксономічні границі виду і його підрозділи». Ця стаття – чи не перша фундаментальна робота, у якій шляхом узагальнення даних, які накопичилися, буле показане різноманіття внутрішньовидових категорій.

Зміни поглядів про структурованість виду на уявлення про його системність сприяло розвиток генетики. У 1931 році Вавилов опублікував статтю «Ліннеївський вид як система». У цій найважливішій для теорії виду статті Вавилов розглянув цілісність виду з позицій генетики. Він прийшов до висновку, що різноманіття внутрішньовидових форм обумовлена неоднаковими умовами середовища з різним напрямком природного добору. Але разом з тим вид єдиний, і цю єдність Вавилов пояснює тим, що всі структурні компоненти виду, тобто внутрішньовидові форми, обмінюються генами. Таким чином, взаємна пов'язаність індивідів та їх груп шляхом обміну генами при схрещуванні надає виду властивості системи. Але генотипічні структури апарату спадковості обмежують генетичні зв'язки індивідів, що й створює відособленість видових систем.

Вавилов писав: «Ліннеївський вид, таким чином, у нашому розумінні – відособлена, складна, рухлива морфофізіологічна система, пов'язана у своєму генезисі з певним середовищем і ареалом».

Таким чином, внесок таксономії в розвиток загальних уявлень про системності живого полягав у формуванні поглядів про вид як обмеженій або замкнутій системі генів, стабільне існування якої можливе лише завдяки взаємодії частин цієї відособленої системи.

Отже, фундаментальні розділи біології: фізіологія, морфологія, ембріологія, генетика, екологія, а також біогеографія показують не тільки структурованість живого, але й неодмінну взаємодію між структурами. Розуміння й безперервне поглиблення уявлень про обов'язковість зв'язків між структурами живого привело до того, що концепція системності живого, застосовна до клітини, організму, виду, біогеоценозу (екосистемі), біосфері міцно ввійшла в теорію біології.

Положення системної теорії

Філософські передумови обґрунтування загальної теорії систем можна знайти у великого англійського матеріаліста Френсіса Бекона [1561–1626].

Бекон писав, що ніхто не відшукає природу речі в самій речі, і вишукування повинне бути розширене до більш загального. Ця думка може чи вважатися не першим чітким визначенням того, що всяка частка представляє собою елемент більш загального.

Надалі вчені різних країн неодноразово зверталися до аналізу зв'язків між компонентами систем, причому й абіогенних, і біологічної, і соціальних. Істотне узагальнення в 50-і роки XX століття було зроблено австрійським математиком Л. фон Берталанфі.

1. Система – це комплекс елементів, що перебувають у взаємодії, при цьому ступінь їх взаємодії така, що робить неправомочним аналітичний підхід як метод вивчення системи. У той же час, ціле не може бути описано тими ж залежностями, якими можуть бути описані процеси в елементах системи.

Отже, дана теза загальної теорії систем припускає необхідність особливих методів для цілісного вивчення системи.

2. Наявність ізоморфних, тобто однакових, процесів у різних категоріях природних явищ, вимагає загальних законів.

3. Таким загальним законом може бути відомий принцип, сформульований Ле–Шательє: усяка система рухливої рівноваги під дією зовнішнього впливу змінюється так, що ефект зовнішнього впливу зводиться до мінімуму.

Ця остання, дуже важлива теза допомагає представити, принаймні, кінцеві завдання дослідження за допомогою методів, якими тільки й можна вивчати ціле як систему. Ці кінцеві завдання – визначення стійкості системи за певними параметрами. У біології такими параметрами можуть бути параметри гомеостазіса як організму, так і популяції, і параметри індикаторів продуктивності угруповань.

4. Властивості цілого породжені властивостями елементів, у той же час властивості елементів несуть властивості цілого.

5. Не завжди й не тільки прості причинно-наслідкові відносини пояснюють функціонування системи.

Справедливість цієї тези підтверджується наявністю й реальністю принципу зворотного зв'язку, на підставі якого, як ми знаємо, кінцевий ефект функціонування системи може змінити початкові процеси, так що новий кінцевий ефект буде мати зворотне значення.

6. Джерело перетворення системи лежить у самій системі. У цьому причина її самоорганізованості.

7. Той самий матеріал або компонент системи може виступати в різних обличчях.

Берталанфі думає, що розвиток системного підходу полягає в переході від вербальності (словесного опису) до обмеженого математезуванню, а далі до математичного, а не фізичному розгляду біологічних систем. Отже, головне – математичне вираження співвідношень між змінними, що описують поведінку системи. Загальна теорія систем дозволила, таким чином, побачити ієрархію структур у живих системах і встановити наявність парціальних систем, тобто більше часткових систем, що входять до складу загальних.

Уявлення про ієрархію систем стало тією основою, на якій виникло й розвилося уявлення про рівні організації живої матерії. Тепер прийнято говорити про молекулярний, клітинний, організменний, популяційний і біоценотичні рівні організації живої матерії.

Далі принципи загальної теорії систем, як і принципи кібернетики, дозволили встановити, що ціле впливає на частині шляхом певних каналів керування. Такими каналами можуть бути, насамперед, генетична система й системи, подібні тим, які описуються системою регулярних синтезів, тобто системою регуляційних метаболітів.

Аналізуючи явище біологічного різноманіття, необхідно постійно враховувати системність, багаторівневий характер біологічних явищ. Загальна теорія систем припускає цілісне розуміння біологічних явищ, де всі біохімічні процеси регулюються геномом; геном не існує поза організмом, організм – поза видом, вид – поза екосистеми, а екосистема – поза географічним середовищем.