Иерархия биосистем

Биосистемы – это биологические системы, в которых биотические компоненты разных уровней организации (от генов до сообществ) упорядоченно взаимодействуют с окружающей физической средой, т.е. с абиотическими компонентами (энергией и веществом), составляя единое целое. Согласно современным представлениям лестница жизни состоит из шести ступенек, которые могут быть продолжены в обе стороны. Иерархическая организованность биосистем иллюстрирует непрерывность и дискретность эволюции жизни. Развитие - процесс непрерывный, но и дискретный, поскольку изменения проходят через ряд отдельных уровней организации. Деление иерархии на ступени условно, т.к. каждый уровень интегрирован, т.е. связан с соседними уровнями в функциональном смысле. Например, гены не могут функционировать в природе вне клетки, клетки многоклеточных - вне органов, органы - вне организма и т. д. Сообщество не может существовать, если в нем не происходит круговорот веществ и не поступает энергия извне. Экосистема не жизнеспсобна без взаимосвязи с популяционными системами и биосферой а целом. По тем же причинам человеческая цивилизация не может существовать вне мира природы.

Ступени
6		Биотические компоненты
5
4
3
2
1

Рисунок 1. Иерархия уровней организации живой материи

Биосистемы разных уровней являются предметом изучения различных дисциплин. Системы, которые расположены выше уровня организмов, т.е. популяционные системы, экосистемы и биосферу, изучает экология.

Принцип эмерджентности.

Самое важное следствие иерархической организации живой природы состоит а том, что по мере объединения подсистем в более крупные функциональные единицы у этих новых систем возникают уникальные свойства, которых не было на предыдущем уровне. В экологии эти качественно новые свойства называют эмерджентными ( англ. Неожиданно появляющиеся). Их нельзя предсказать на основании свойств подсистем низшего порядка, составляющих систему более высокого уровня организации.

Таким образом, суть принципа эмерджентности закючается в том, что биологические системы обладают свойствами, которые нельзя свести к сумме свойств составляющих их подсистем.

Хотя данные, полученные при изучении какого-либо уровня, помогают раскрыть закономерности функционирования следующего уровня, с их помощью никогда нельзя полностью объяснить явления, происходящие в более высокоорганизованной системе. Эмерджентные свойства возникают в результате взаимодействия компонентов экосистемы, свойства которых не изменяются, а интегрируются, обуславливая появление уникальных новых свойств целого. При каждом объединении подмножеств в новое множество возникает, по крайней мере, одно новое свойство.

Эмерджентные свойства проявляются в некоторых химических реакциях. Например, водород и кислород, соединяясь в определенном соотношении, образуют воду - жидкость, совершенно непохожую на исходные компоненты. Эти свойства невозможно предсказать, исходя из свойств исходных газов.

Следующий пример. В человеческом сообществе психология толпы не является суммой психологических портретов отдельных людей. Т.е. поведение человека вне толпы отличается от его поведения в окружении массы людей, которое часто непредсказуемо.

По мере продвижения систем по иерархии уровней организации некоторые признаки становятся более сложными и изменчивыми, а другие, наоборот, - менее сложными и менее изменчивыми, поскольку на всех уровнях действуют механизмы, которые корректируют и уравновешивают противодействующие процессы и силы. При этом амплитуда изменения свойств имеет тенденцию уменьшаться Статистический разброс значений характеристик целого обычно меньше суммы разброса этих значений в отдельных частях системы. Например, скорость фотосинтеза лесного сообщества менее изменчива, чем скорость фотосинтеза отдельных листьев или деревьев. Это объясняется тем, что если в одной части леса фотосинтез снижается, то в другой возможно его усиление.

Американский эколог Ю. Одум (1986) писал: «Хорошо известный принцип несводимости свойств целого к сумме свойств его частей должен служить первой рабочей заповедью экологов». Далее он говорил: «… если учесть эмерджентные свойства высокоорганизованных систем и усиление компенсационных механизмов на каждом уровне, то станет ясно, что для изучения целого не всегда обязательно знать все его составляющие». Это важно, поскольку некоторые исследователи считают, что не имеет смысла изучать сложные сообщества, не изучив досконально составляющие их компоненты.

Хотя философия науки всегда стремилась рассматривать явления в их целостности, т. е. быть холистической (всецелый), практика науки последние годы была редукционистской (сведение сложного к простому), пытаясь понять явления путем детального анализа мелких явлений и компонентов.

Например, проблемы рака невозможно решить без исследований но клеточном и молекулярном уровнях – редукционистский подход.

Для сохранения цивилизации, исследований на уровне клетки и организма недостаточно. Необходимо использовать холистический подход.

Для решения проблем демографического взрыва, социалъных беспорядков, загрязнения биосферы, необходимо изучатъ высшие уровни организации и законы функционирования систем. Редукционистский и холистическяй подходы следует использовать в равной мере, не противопоставляя друг другу. В настоящее время все более утвераждается холистический подход. Это обусловлено тем, что современная наука стремится к синтезу, а не разделению явлений.