Біологія. 9 клас. Козленко

Узагальнення. Основні властивості живих систем

Нагромадження знань про живе, а також завдання, що поставали перед наукою з метою розрізнення та класифікації живого та неживого, дозволили сформулювати основні властивості живих систем.

Система (від грец. поєднання, утворення, організм) — упорядковане ціле, що складається із взаємопов’язаних частин. Проте не кожна множина довільно об’єднаних об’єктів є системою. Істинна система має задовольняти такім вимогам:

Цілісність — система функціонує як єдине ціле. Вона характеризується певною структурою. Зміна складу елементів чи зв’язків між ними може зруйнувати систему (чи перетворити її на нову систему з іншими властивостями). Одні й ті самі елементи можуть належати до складу різних систем. Цілісність передбачає взаємодію елементів системи. Характер та інтенсивність цієї взаємодії можуть бути найрізноманітнішими, але вони обов’язково повинні бути. (Приклад: одні й ті самі атоми, взаємодіючи між собою, формують різні молекули. Однак молекули — не просто сума атомів. Це складна система з атомних ядер і розподілених між ними електронних хмар усуспільнених електронів.)

Кінцевість — система має певні (кінцеві) розміри. Об’єкти, з якими система взаємодіє, формують середовище існування системи. (Приклад: вода — це середовище існування для риб, космічний вакуум — середовище існування орбітальної станції.)

Ще однією базовою характеристикою системи є її емерджентність — властивості цілої системи принципово відрізняються від і не можуть бути зведені до властивостей її компонентів. Зокрема, жива клітина володіє радикально іншим набором характеристик, аніж її органели, властивості цілого організму не зводяться до властивостей окремих органів і т.д.

Більш конкретною характеристикою живої системи є фіксованість її складу та упорядкованість. Хімічний склад живих систем є постійним, співвідношення елементів та речовин у його складі — чітко визначеним і може змінюватися лише у невеликих межах. Усі структурні компоненти живої системи розташовані у ній в певному порядку, відповідно до виконуваних функцій та взаємодії з іншими компонентами. Прикладами такої впорядкованості може бути розташування органел у клітині, органів у організмі тощо. З цього випливає наступна риса живих систем — їх клітинна будова. Клітина є елементарною одиницею структури та здійснення основних життєвих реакцій у системі.

Однією з фундаментальних властивостей живих систем є здатність до здійснення обміну речовин — метаболізму. Такий обмін здійснюється як між компонентами такої системи, так і з зовнішнім середовищем. Поглинання та виділення речовин і енергії забезпечує їх колообіг у масштабах природи. Надходження речовин до організму здійснюється за допомогою процесу живлення. У живій системі відбувається розщеплення отриманих складних речовин на більш прості, що вимагає витрат енергії. Процеси, що відновлюють витрачену енергію, підтримуються шляхом дихання, що забезпечує надходження в систему кисню, необхідного для підтримання даних реакцій. Деякі організми, що не потребують для дихання кисню, змогли розвинути альтернативні механізми здійснення реакцій відновлення енергії.

З погляду обміну речовиною й енергією із середовищем системи поділяються на закриті (не обмінюються із навколишнім середовищем ані речовиною, ані енергією), замкнені (обмінюються тільки енергією) й відкриті (обмінюються і речовиною, і енергією) (рис. 84).

Мал. 84. Типи систем

Наступним комплексом фундаментальних ознак живих систем є комплекс властивостей, пов’язаний із розмноженням та відтворенням собі подібних.

Одним із перших етапів еволюції, що відбувалися ще до появи перших живих організмів як таких, було відособлення біомолекул, що відповідають за передачу спадкової інформації — ДНК та РНК. Ці молекули здатні до відтворення собі подібних, при цьому копія зберігає усю інформацію, що закодована в оригіналі. В подальшому живі системи утворили загальні механізми відтворення, які, тим не менше, базувалися на здатності нуклеїнових кислот подвоюватися. Такими механізмами стали, зокрема, способи поділу клітин. Передача спадкової інформації базується на двох основних явищах — спадковості та мінливості. Спадковість забезпечує власне передачу генетичного матеріалу та закодованих у ньому ознак майбутнім поколінням, а мінливість — створення нових комбінацій цих ознак, що можуть привести до вдосконалення нащадків та виду в цілому.

Динаміку життєвих циклів живих систем забезпечують здатності до росту і розвитку. В основі розвитку лежать якісні зміни властивостей організму, а в основі росту — кількісні зміни його параметрів. Розвиток відбувається не лише на рівні організму, а й на набагато вищих рівнях організації живого. Вдосконалення біосфери в цілому є результатом розвитку окремих груп живих організмів.

Показником взаємодії живої системи з середовищем її існування є її здатність до відповіді на дію деяких факторів середовища, або ж подразливість. Ця властивість включає в себе не лише сприйняття подразників, але й відповідь на них, що виражається у тій чи іншій реакції системи. Різні організми виробили різні механізми реакції на подразник — від примітивних таксисів та тропізмів до високоспеціалізованих реакцій, що є наслідком діяльності вищих рівнів розвитку спеціалізованих систем органів — сенсорних та нервової.

Будь-яка жива система є здатною до саморегуляції — автономного підтримання власної структури та комплексу фізіологічних процесів. Регуляторні системи існують як на низьких, так і на високих рівнях організації живого. Великий біогеоценоз здатний до саморегуляції так само, як і маленька клітина, різниця лише у комплексі регуляторних механізмів. З саморегуляції випливає властивість ритмічності процесів, що відбуваються всередині живих систем. Усі ці процеси мають повторюваний характер, що співвідноситься як з властивостями самої системи, так і з умовами середовища, що таким чином дозволяють досягти оптимуму у виконанні системою своїх функцій.

Усі живі системи зі своїм комплексом властивостей та ознак перебувають у гармонійній єдності з іншими живими системами та біосферою в цілому. Діяльність людини призвела до порушення цієї гармонії і спричинила виникнення низки проблем. Отже, в даний момент людина стикається як з несприятливими впливами самої природи, так і з негативними результатами власної діяльності. Розвиток сучасної біології спрямований на пошуки шляхів ефективного вирішення цих проблем.

Слід розуміти, що саме поняття системи не є «біологічним»: воно значно ширше. Властивості систем притаманні як багатьом фізичним та хімічним об’єктам, так і соціумам (організованим групам людей). Отже, здатність організовуватися у системи — фундаментальна властивість матерії як такої.