4. Самоорганизация в живой природе.

Для понимания процессов эволюции живого плодотворным оказывается синергетический подход. Биологические объекты при этом рассматриваются как «черные ящики», т.е. сам способ их функционирования несущественен и не интересует исследователя. Наиболее изученным с этих позиций является морфогенез.

Морфогенез – это процесс образования тканей и органов, создание всей сложной структуры организма в процессе эмбрионального развития. Как и в случае физических систем, в развитии зародыша последовательно возникают нарушения симметрии. Яйцеклетка в течение некоторого времени имеет форму шара, затем начинаются процессы дифференциации клеток, и сферическая симметрия переходит в цилиндрическую. Затем нарушается и эта симметрия – брюшная полость отделится от спинной, появится три вида тканей: эндодерма, эктодерма, мезодерма. Но процессы роста и дифференциации клеток будут продолжаться, т.е. симметричные состояния неустойчивы. Нарушения симметрии происходят спонтанно и скачкообразно. После скачка, перестройки, зарождения новой фазы наступают плавные этапы. Перед скачком появляются предвестники новой формы – распределение веществ вдоль тела становится нерегулярным, стохастичным. Затем скачком возникает новая упорядоченная форма, а распределение веществ меняется плавно.

Морфогенез как последовательность кинетических фазовых переходов изменения симметрий содержит информацию о предшествовавших этапах эволюции. Это позволяет построить математическую модель самоорганизации от первичного бульона до простейших живых систем. Специфика и сложность такой модели развития состоит в том, что общее направление морфогенеза задано унаследованной программой, т.е. здесь не имеет место самоорганизация в чистом виде..

В ходе морфогенеза реализуется определенная последовательность бифуркаций, развитие проходит через ряд неустойчивостей. Именно в это время малое изменение управляющих параметров (здесь – химические вещества окружающей среды) может сильно воздействовать на формирование зародыша, искажая его ход.

Явления самоорганизации прослеживаются также в функционировании тканей и органов. Между клетками возникают кооперативные взаимодействия, которые могут рассматриваться как биохимические автоволновые процессы.

Образование нового биологического вида можно также рассматривать как фазовый переход (бифуркацию). Эти вопросы будут подробнее рассмотрены ниже.

Лекция 21. Биосфера и проблемы экологии. Понятие о ноосфере.

1. Уровни организации живой материи.

Жизнь на Земле представляет собой целостную систему, состоящую из различных уровней. Выделяют пять основных уровней организации живой материи:

• Молекулярно-генетический (элемент - ген, элементарное явление – воспроизводство генетического кода).

• Онтогенетический (элемент – организм, элементарное явление – онтогенез, т.е. процесс индивидуального развития организма от рождения до смерти).

• Популяционно-видовой (элемент – популяция, элементарное явление – направленное изменение ее генетического состава, т.е. видообразование).

• Биогеоценотический (элемент – биогеоценоз, элементарное явление – переходы биогеоценоза из одного состояния динамического равновесия в другое).

• Биосфера - самый высокий уровень организации живого на Земле.