Реферат
Загальні властивості живих систем
1. Основні особливості та внутрішньосистемні зв'язки живих систем
При всьому своєму багатоплановому розмаїтті живі системи мають деякі, хоч і нечисленні, але невід'ємні загальні особливості, зумовлені фундаментальними загальними властивостями живого. Таких особливостей три: 1) наявність власної програми розвитку системи, розгортання на основі активно регульованих інформаційних взаємозв'язків її із зовнішнім середовищем, 2) ієрархічна функціонально-структурна організація і 3) висока функціонально-структурна складність.
Наявність власної програми розвитку - основне властивість всіх живих систем, оскільки воно визначає їх головну спільну рису - ієрархічну функціонально-структурну організацію, яка представляє собою вищу форму впорядкованості системи і служить джерелом її антіентропічності. Саме ієрархічна організація живих систем дозволяє їм досягати тієї характерної для них високої функціонально-структурної складності, особливо на молекулярному рівні, яка і створює специфіку живого на основі розвитку функціонально необхідних внутрішніх інформаційних, матеріальних і енергетичних зв'язків живої системи і її різнобічних контактів із зовнішнім середовищем. Тому будь-яке ускладнення живої системи в підсумку веде до більш розгалуженої ієрархії в її цілісної функціонально-структурної організації. Обидва ці процесу - загальне ускладнення системи і прогресивний розвиток ієрархічного характеру її організації - відбувається на основі відповідного ускладнення власної програми розвитку системи. У схематичному вигляді основні зв'язки живої системи показані на рис. 1.
Рис 1
2. Наявність власної програми розвитку системи і здатність до активного оперування інформацією
Всім живим системам будь-якого рівня складності, як організмовому "так і надорганізменного, абсолютно незалежно від їх функціонально-структурних особливостей, елементарної основи і всіх інших якостей, властиво наявність певної власної програми розвитку, реалізація якої забезпечує збереження системи в мінливих умовах зовнішнього середовища.
Наявність власної програми розвитку - найважливіша особливість живих систем, яка визначає всі їхні інші специфічні властивості.
У залежності від рівня функціональної організації живої системи власна програма її розвитку суттєво змінюється за своєю структурою, складності і ступеня централізації. У зв'язку з цим значні відмінності існують між власними програмами розвитку організменних і надорганізменних систем.
У організмів власна програма розвитку має в своїй основі генетичну програму, матеріалізовану на молекулярному рівні у вигляді геному. Генетична програма містить конкретну генетичну інформацію, необхідну для забезпечення онтогенетичного розвитку організмовому системи та її самовідтворення у циклі розвитку виду. Ця програма в своїй основі має: 1) закономірності кодування, транскрипції і трансляції генетичної інформації, 2) закономірності реплікації та сегрегації генетичного матеріалу; 3) закономірності самозбірки первинних біологічних структур, тобто сукупності складних біополімерів - нуклеїнових кислот і білків, взаємодія між якими забезпечує можливість саморегуляції живих систем организменного рівня.
Власна програма розвитку організму завжди є централізованою, однак форми і ступінь цієї централізації різні залежно від рівня структурної агрегації організмовому системи. Монобіонтная програма розвитку завжди централізована на генетичному рівні, тобто побудована за принципом генетичного моноцентризму; метабіонтная програма позбавлена генетичного моноцентризму і централізована вже на рівні міжклітинних взаємодій, а централізація ценометабіонтной програми здійснюється на рівні взаємодій багатоклітинних суборганізменних структурних блоків, що мають ранг метабіонтов. Таким чином, з підвищенням рівня структурної агрегації організмовому системи рівень централізації її власної програми розвитку закономірно віддаляється від молекулярного рівня матеріалізації генетичної програми. Тільки у монобіонтов ці рівні збігаються і генетична програма являє собою єдиний елемент власної програми розвитку організму, яка внаслідок цього є генетично моноцентричної. У метабіонтних і ценометабіонтних організменних системах цей моноцентризм генетичної програми зберігається тільки на своєму колишньому, монобіонтном рівні, тобто на рівні клітини.
Централізація власної програми розвитку - найважливіша особливість інформаційної структури організменних живих систем. Ця особливість, пов'язана з функціонально-структурної цілісністю і неподільністю організму, принципово відрізняє будь-які організмені системи від надорганізменних.
У надорганізменних живих системах подібна централізована програма розвитку відсутній. Власна програма розвитку надорганізменну системи формується як інтегральний результат взаємодії деякого безлічі її централізованих підпрограм, тобто власних програм розвитку тих організмів, які утворюють дану надорганізменних систему. Цей інтегральний генофонд надорганіз-менной системи в кінцевому підсумку утворює настільки ж певну програму її розвитку на основі тих же принципів самовідтворення та саморегуляції, що й у випадку окремих організмів.
Здатність до активного оперування інформацією настільки ж специфічна для живих систем, як і сама наявність власної програми розвитку. Всі біологічні процеси пов'язані з тією або іншою формою активного оперування з інформацією і можуть здійснюватися лише на основі постійної підтримки в живій системі суворо визначених параметрів інформаційних потоків.
Говорячи про активний оперуванні інформацією, ми хотіли б звернути увагу на той факт, що неживі системи здатні лише до пасивного інформаційного обміну з навколишнім їх середовищем, що не включає в себе регулювання інформаційних потоків і спеціальну обробку надходить у систему інформації. Для живих систем характерно, навпаки, 1) постійне активне регулювання параметрів двосторонніх інформаційних потоків, що пов'язують систему з зовнішнім середовищем, і 2) постійна обробка, накопичення і зберігання надходить у систему інформації, що становить необхідну умову реалізації власної програми розвитку живої системи.
Таким чином, розгортання власної програми розвитку живої системи полягає в постійному оперуванні інформацією, без чого ця програма не може бути реалізована. Як деякий кінцевий за обсягом комплекс інформації власна програма розвитку сама по собі ще не є достатньою для управління всією сукупністю життєвих процесів, здійснюваних живою системою. Інформаційний комплекс програми може бути приведений в дію лише на основі постійного припливу інформації ззовні, тобто у взаємодії з інформаційним полем навколишнього середовища, що являє собою один з аспектів взаємозв'язку живої системи з навколишнім середовищем.
Інформаційний баланс живої системи завжди є позитивним. Це правило не має виключень і становить основу розуміння життя як процесу, пов'язаного зі зменшенням ентропії в живих системах при одночасному зростанні її в навколишньому середовищі. Антіентропічность живих систем виражається, зокрема, в їх ролі як концентраторів інформації, своєрідних «інформаційних згустків».
Здатність живих систем до концентрування інформації обумовлена їх ієрархічною структурою та їх високої функціонально-структурною складністю.
Наявність власної програми розвитку - споконвічне властивість живих систем. Саме виникнення програми розвитку, що представляє собою необхідна умова самоповторенні системи, призвело до появи організмів як щодо стабільних в якісному відношенні дискретних одиниць живого і стало вихідним пунктом власне біологічної еволюції. У цьому сенсі еволюція організмів є еволюція їх власних програм розвитку.
Просторово-часова дискретність живого, що знаходить своє вираження в існуванні організмів, висуває дуже жорсткі вимоги до структури і якості інформаційного потоку як в рамках онтогенезу, де цей потік визначає всі елементи функціонально-структурної специфіки розвивається організмовому системи та порядок висловлення окремих морфопоетіческіх факторів, так і у філогенетичному, еволюційному плані, де від впорядкованості інформаційного потоку залежить точність передачі всіх властивостей живої системи в низці поколінь і, відповідно, міра наступності результатів еволюційного процесу. Ці суворо певні параметри інформаційного потоку, що створює достатню основу для управління процесами онтогенезу і філогенезу, і забезпечуються конкретної пограми розвитку, що міститься в матеріалізованій формі в живих системах організму-ного рівня. Природно тому, що без власної програми розвитку були б неможливі ні самовідтворення живих систем, ні їх еволюція.
У неозорому різноманітті живих систем можна розрізняти різні рівні складності власної програми розвитку системи і різні форми запису її елементів, але це - вже другорядні деталі. Головне і загальне полягає в тому, що власна програма розвитку властива всім живим системам і завжди функціонує у взаємозв'язку з інформаційним полем навколишнього середовища, причому жива система безперервно споживає інформацію ззовні і активно оперує нею. Зауважимо, що під оперированием інформацією слід розуміти не тільки традиційно включаються в це поняття дії органів чуття або обмін хімічними сигналами всередині організму, але також і засвоєння різних речовин у процесі живлення або акцептора електронів в процесі дихання. Дійсно, в цьому сенсі навряд чи можна бачити принципову різницю між засвоєнням молекул будь-якої речовини в кишечнику і сприйняттям м'язової клітиною медіатора, який виділяється аксонів в синаптичну щілину. В обох випадках відбувається засвоєння інформації, що міститься в структурі конкретної молекули, тільки в першому випадку ця інформація піддається організмом тривалої переробки, тоді як у другому - аналіз її відбувається в частки секунди.
3. Ієрархічна функціонально-структурна організація
Всі живі системи відрізняються високою впорядкованістю, яка проявляється в їх цілісної, ієрархічної функціонально-структурної організації і знаходить своє вираження у взаємозумовленості всіх окремих елементів системи та їх підпорядкованості її загальному функціонально-структурному планом. І хоча ця ієрархічність організації становить загальна властивість будь-яких систем, у випадку живих систем вона набуває зовсім особливе значення, оскільки специфіка цих систем створюється завдяки їх надзвичайно високої функціонально-структурної складності, яка вимагає виключно тонкого узгодження всіх підсистем у межах системи при дуже динамічному управлінні всією багатогранної сукупністю одночасно відбуваються процесів, пов'язаних з розвитком цих підсистем.
Тому забезпечення екологічно доцільного інтегрального результату діяльності живої системи, необхідного для її збереження та адаптивного розвитку, в будь-якому випадку можливе тільки на основі її строго ієрархічної загальної організації, при якій завдання управління системою принципово спрощується за рахунок того, що окремі елементи цієї складної задачі можуть вирішуватися автономно і послідовно на окремих ієрархічно супідрядних рівнях системи. Тільки на основі цієї ієрархії процесів і структур в живій системі і стає можливим як фактично існуюче в неї повне взаємовідповідності внутрішніх потоків інформації, енергії і речовини, так і екологічно доцільне розвиток її інформаційних, енергетичних і матеріальних зв'язків із зовнішнім середовищем. Інакше кажучи, саморегуляція системи подібного рівня складності може здійснюватися тільки на основі її строго ієрархічної, цілісної організації.
Ієрархічна структура як вища форма впорядкованості властива живим системам на всіх рівнях організації, починаючи з субмолекулярному рівня.
На субмолекулярному і молекулярному рівнях прикладами ієрархічної організації живих систем можуть служити будь-які біологічні макромолекули, і перш за все гігантські молекули нуклеїнових кислот і білків з їх складними, різнорівневими еволюційно зумовленими субодиницями, архітектура яких безпосередньо визначена багатогранними сукупностями внутрішньомолекулярних зв'язків різної природи. Не повторюючи загальновідомих істин хімії нуклеїнових кислот і білків, нагадаємо лише, що вони організовані саме на основі жорсткої багаторівневої функціонально-структурної ієрархії певних елементарних блоків різної складності. У зв'язку з цим розглянемо трохи докладніше тільки один приклад - структурну організацію глобулярних білків.
Просторова структура глобулярного білка представляє собою результат складної багаторівневої ієрархічної організації первинних компонентів - амінокислот, причому в первинній структурі, тобто «в амінокислотної послідовності укладена повна інформація ... Тому між усіма рівнями є взаємозв'язок, так що елементи більш низьких рівнів визначають елементи більш високих рівнів ».
Перший структурний рівень, або 'первинна структура білка, являє собою послідовність амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі, пов'язаних між собою ковалентними зв'язками. Другий структурний рівень, або вторинна структура білка, - це впорядковане, енергетично переважне спіральне або зигзагообразное розташування поліпептидних ланцюгів, стабілізоване за рахунок водневих зв'язків. Третій структурний рівень, або третинна структура білка, визначає спосіб укладання поліпептидного ланцюга з утворенням дуже компактною, щільно упакованої структури - глобули. Третинна, структура стабілізована зв'язками різноманітної природи. Четвертий структурний рівень, або четвертинна структура білка, являє собою функціонально цілісні макроагрегати з двох або більшої кількості поліпептидних ланцюгів - протомера, тобто так званий олігомерних білок.
Важливо підкреслити, що «в амінокислотної послідовності поліпептидного ланцюга олігомерного білка закодована інформація не тільки про його третинної структурі, але також і про геометричній формі контактних ділянок, з якими з'єднуються контактні ділянки інших специфічних протомера. Таким чином, інформація, що міститься в амінокислотної послідовності, може реалізуватися на декількох рівнях структурної організації - вторинному, третинному і четвертинному ». Це ясно вказує на ієрархічний характер організації білка.
Спільним для білка «властивістю, що виявляється на всіх рівнях організації вище амінокислотного, є симетрія ... Наявність сим ^ метрії та ієрархії рівнів білкових структур дозволяє більш ясно представити деякі аспекти складної проблеми просторової організації білкових молекул ».
Надмолекулярному суборганізменном рівні ієрархічність організації живих систем загальновідома і досить демонстративно: всі названі структури представляють собою конкретні підсистеми організму і як такі принципово можливі тільки в рамках цілісної функціонально-структурної системи организменного рівня.
На організменному рівні ієрархічність організації настільки ж очевидна, як і на суборганізменних рівнях: ієрархічна підпорядкованість усіх функціонально-структурних елементів організму становить одну з його головних особливостей і характеризує його як неподільну одиницю життя.
На надорганізмові рівні ієрархічна організація живих систем має місце завжди, хоча в різних випадках може бути виражена в різному ступені.
У структурно невпорядкованих тимчасових надорганізменних системах ця ієрархія може виявлятися відносно слабко, прикладом чого можуть слугувати хоча б міграційні зграї дрібних птахів, зокрема багатьох горобцеподібних. Зграя шпаків не є структурно впорядкованою в тому сенсі, що розташування птахів відносно один одного в ній не підпорядковується якомусь твердому законом. У той же час поведінка кожного птаха в летить зграї підпорядковане поведінки зграї, в чому проявляється ієрархічна, системна структура зграї.
Загальні властивості живих систем
1. Основні особливості та внутрішньосистемні зв'язки живих систем
При всьому своєму багатоплановому розмаїтті живі системи мають деякі, хоч і нечисленні, але невід'ємні загальні особливості, зумовлені фундаментальними загальними властивостями живого. Таких особливостей три: 1) наявність власної програми розвитку системи, розгортання на основі активно регульованих інформаційних взаємозв'язків її із зовнішнім середовищем, 2) ієрархічна функціонально-структурна організація і 3) висока функціонально-структурна складність.
Наявність власної програми розвитку - основне властивість всіх живих систем, оскільки воно визначає їх головну спільну рису - ієрархічну функціонально-структурну організацію, яка представляє собою вищу форму впорядкованості системи і служить джерелом її антіентропічності. Саме ієрархічна організація живих систем дозволяє їм досягати тієї характерної для них високої функціонально-структурної складності, особливо на молекулярному рівні, яка і створює специфіку живого на основі розвитку функціонально необхідних внутрішніх інформаційних, матеріальних і енергетичних зв'язків живої системи і її різнобічних контактів із зовнішнім середовищем. Тому будь-яке ускладнення живої системи в підсумку веде до більш розгалуженої ієрархії в її цілісної функціонально-структурної організації. Обидва ці процесу - загальне ускладнення системи і прогресивний розвиток ієрархічного характеру її організації - відбувається на основі відповідного ускладнення власної програми розвитку системи. У схематичному вигляді основні зв'язки живої системи показані на рис. 1.
Рис 1
2. Наявність власної програми розвитку системи і здатність до активного оперування інформацією
Всім живим системам будь-якого рівня складності, як організмовому "так і надорганізменного, абсолютно незалежно від їх функціонально-структурних особливостей, елементарної основи і всіх інших якостей, властиво наявність певної власної програми розвитку, реалізація якої забезпечує збереження системи в мінливих умовах зовнішнього середовища.
Наявність власної програми розвитку - найважливіша особливість живих систем, яка визначає всі їхні інші специфічні властивості.
У залежності від рівня функціональної організації живої системи власна програма її розвитку суттєво змінюється за своєю структурою, складності і ступеня централізації. У зв'язку з цим значні відмінності існують між власними програмами розвитку організменних і надорганізменних систем.
У організмів власна програма розвитку має в своїй основі генетичну програму, матеріалізовану на молекулярному рівні у вигляді геному. Генетична програма містить конкретну генетичну інформацію, необхідну для забезпечення онтогенетичного розвитку організмовому системи та її самовідтворення у циклі розвитку виду. Ця програма в своїй основі має: 1) закономірності кодування, транскрипції і трансляції генетичної інформації, 2) закономірності реплікації та сегрегації генетичного матеріалу; 3) закономірності самозбірки первинних біологічних структур, тобто сукупності складних біополімерів - нуклеїнових кислот і білків, взаємодія між якими забезпечує можливість саморегуляції живих систем организменного рівня.
Власна програма розвитку організму завжди є централізованою, однак форми і ступінь цієї централізації різні залежно від рівня структурної агрегації організмовому системи. Монобіонтная програма розвитку завжди централізована на генетичному рівні, тобто побудована за принципом генетичного моноцентризму; метабіонтная програма позбавлена генетичного моноцентризму і централізована вже на рівні міжклітинних взаємодій, а централізація ценометабіонтной програми здійснюється на рівні взаємодій багатоклітинних суборганізменних структурних блоків, що мають ранг метабіонтов. Таким чином, з підвищенням рівня структурної агрегації організмовому системи рівень централізації її власної програми розвитку закономірно віддаляється від молекулярного рівня матеріалізації генетичної програми. Тільки у монобіонтов ці рівні збігаються і генетична програма являє собою єдиний елемент власної програми розвитку організму, яка внаслідок цього є генетично моноцентричної. У метабіонтних і ценометабіонтних організменних системах цей моноцентризм генетичної програми зберігається тільки на своєму колишньому, монобіонтном рівні, тобто на рівні клітини.
Централізація власної програми розвитку - найважливіша особливість інформаційної структури організменних живих систем. Ця особливість, пов'язана з функціонально-структурної цілісністю і неподільністю організму, принципово відрізняє будь-які організмені системи від надорганізменних.
У надорганізменних живих системах подібна централізована програма розвитку відсутній. Власна програма розвитку надорганізменну системи формується як інтегральний результат взаємодії деякого безлічі її централізованих підпрограм, тобто власних програм розвитку тих організмів, які утворюють дану надорганізменних систему. Цей інтегральний генофонд надорганіз-менной системи в кінцевому підсумку утворює настільки ж певну програму її розвитку на основі тих же принципів самовідтворення та саморегуляції, що й у випадку окремих організмів.
Здатність до активного оперування інформацією настільки ж специфічна для живих систем, як і сама наявність власної програми розвитку. Всі біологічні процеси пов'язані з тією або іншою формою активного оперування з інформацією і можуть здійснюватися лише на основі постійної підтримки в живій системі суворо визначених параметрів інформаційних потоків.
Говорячи про активний оперуванні інформацією, ми хотіли б звернути увагу на той факт, що неживі системи здатні лише до пасивного інформаційного обміну з навколишнім їх середовищем, що не включає в себе регулювання інформаційних потоків і спеціальну обробку надходить у систему інформації. Для живих систем характерно, навпаки, 1) постійне активне регулювання параметрів двосторонніх інформаційних потоків, що пов'язують систему з зовнішнім середовищем, і 2) постійна обробка, накопичення і зберігання надходить у систему інформації, що становить необхідну умову реалізації власної програми розвитку живої системи.
Таким чином, розгортання власної програми розвитку живої системи полягає в постійному оперуванні інформацією, без чого ця програма не може бути реалізована. Як деякий кінцевий за обсягом комплекс інформації власна програма розвитку сама по собі ще не є достатньою для управління всією сукупністю життєвих процесів, здійснюваних живою системою. Інформаційний комплекс програми може бути приведений в дію лише на основі постійного припливу інформації ззовні, тобто у взаємодії з інформаційним полем навколишнього середовища, що являє собою один з аспектів взаємозв'язку живої системи з навколишнім середовищем.
Інформаційний баланс живої системи завжди є позитивним. Це правило не має виключень і становить основу розуміння життя як процесу, пов'язаного зі зменшенням ентропії в живих системах при одночасному зростанні її в навколишньому середовищі. Антіентропічность живих систем виражається, зокрема, в їх ролі як концентраторів інформації, своєрідних «інформаційних згустків».
Здатність живих систем до концентрування інформації обумовлена їх ієрархічною структурою та їх високої функціонально-структурною складністю.
Наявність власної програми розвитку - споконвічне властивість живих систем. Саме виникнення програми розвитку, що представляє собою необхідна умова самоповторенні системи, призвело до появи організмів як щодо стабільних в якісному відношенні дискретних одиниць живого і стало вихідним пунктом власне біологічної еволюції. У цьому сенсі еволюція організмів є еволюція їх власних програм розвитку.
Просторово-часова дискретність живого, що знаходить своє вираження в існуванні організмів, висуває дуже жорсткі вимоги до структури і якості інформаційного потоку як в рамках онтогенезу, де цей потік визначає всі елементи функціонально-структурної специфіки розвивається організмовому системи та порядок висловлення окремих морфопоетіческіх факторів, так і у філогенетичному, еволюційному плані, де від впорядкованості інформаційного потоку залежить точність передачі всіх властивостей живої системи в низці поколінь і, відповідно, міра наступності результатів еволюційного процесу. Ці суворо певні параметри інформаційного потоку, що створює достатню основу для управління процесами онтогенезу і філогенезу, і забезпечуються конкретної пограми розвитку, що міститься в матеріалізованій формі в живих системах організму-ного рівня. Природно тому, що без власної програми розвитку були б неможливі ні самовідтворення живих систем, ні їх еволюція.
У неозорому різноманітті живих систем можна розрізняти різні рівні складності власної програми розвитку системи і різні форми запису її елементів, але це - вже другорядні деталі. Головне і загальне полягає в тому, що власна програма розвитку властива всім живим системам і завжди функціонує у взаємозв'язку з інформаційним полем навколишнього середовища, причому жива система безперервно споживає інформацію ззовні і активно оперує нею. Зауважимо, що під оперированием інформацією слід розуміти не тільки традиційно включаються в це поняття дії органів чуття або обмін хімічними сигналами всередині організму, але також і засвоєння різних речовин у процесі живлення або акцептора електронів в процесі дихання. Дійсно, в цьому сенсі навряд чи можна бачити принципову різницю між засвоєнням молекул будь-якої речовини в кишечнику і сприйняттям м'язової клітиною медіатора, який виділяється аксонів в синаптичну щілину. В обох випадках відбувається засвоєння інформації, що міститься в структурі конкретної молекули, тільки в першому випадку ця інформація піддається організмом тривалої переробки, тоді як у другому - аналіз її відбувається в частки секунди.
3. Ієрархічна функціонально-структурна організація
Всі живі системи відрізняються високою впорядкованістю, яка проявляється в їх цілісної, ієрархічної функціонально-структурної організації і знаходить своє вираження у взаємозумовленості всіх окремих елементів системи та їх підпорядкованості її загальному функціонально-структурному планом. І хоча ця ієрархічність організації становить загальна властивість будь-яких систем, у випадку живих систем вона набуває зовсім особливе значення, оскільки специфіка цих систем створюється завдяки їх надзвичайно високої функціонально-структурної складності, яка вимагає виключно тонкого узгодження всіх підсистем у межах системи при дуже динамічному управлінні всією багатогранної сукупністю одночасно відбуваються процесів, пов'язаних з розвитком цих підсистем.
Тому забезпечення екологічно доцільного інтегрального результату діяльності живої системи, необхідного для її збереження та адаптивного розвитку, в будь-якому випадку можливе тільки на основі її строго ієрархічної загальної організації, при якій завдання управління системою принципово спрощується за рахунок того, що окремі елементи цієї складної задачі можуть вирішуватися автономно і послідовно на окремих ієрархічно супідрядних рівнях системи. Тільки на основі цієї ієрархії процесів і структур в живій системі і стає можливим як фактично існуюче в неї повне взаємовідповідності внутрішніх потоків інформації, енергії і речовини, так і екологічно доцільне розвиток її інформаційних, енергетичних і матеріальних зв'язків із зовнішнім середовищем. Інакше кажучи, саморегуляція системи подібного рівня складності може здійснюватися тільки на основі її строго ієрархічної, цілісної організації.
Ієрархічна структура як вища форма впорядкованості властива живим системам на всіх рівнях організації, починаючи з субмолекулярному рівня.
На субмолекулярному і молекулярному рівнях прикладами ієрархічної організації живих систем можуть служити будь-які біологічні макромолекули, і перш за все гігантські молекули нуклеїнових кислот і білків з їх складними, різнорівневими еволюційно зумовленими субодиницями, архітектура яких безпосередньо визначена багатогранними сукупностями внутрішньомолекулярних зв'язків різної природи. Не повторюючи загальновідомих істин хімії нуклеїнових кислот і білків, нагадаємо лише, що вони організовані саме на основі жорсткої багаторівневої функціонально-структурної ієрархії певних елементарних блоків різної складності. У зв'язку з цим розглянемо трохи докладніше тільки один приклад - структурну організацію глобулярних білків.
Просторова структура глобулярного білка представляє собою результат складної багаторівневої ієрархічної організації первинних компонентів - амінокислот, причому в первинній структурі, тобто «в амінокислотної послідовності укладена повна інформація ... Тому між усіма рівнями є взаємозв'язок, так що елементи більш низьких рівнів визначають елементи більш високих рівнів ».
Перший структурний рівень, або 'первинна структура білка, являє собою послідовність амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі, пов'язаних між собою ковалентними зв'язками. Другий структурний рівень, або вторинна структура білка, - це впорядковане, енергетично переважне спіральне або зигзагообразное розташування поліпептидних ланцюгів, стабілізоване за рахунок водневих зв'язків. Третій структурний рівень, або третинна структура білка, визначає спосіб укладання поліпептидного ланцюга з утворенням дуже компактною, щільно упакованої структури - глобули. Третинна, структура стабілізована зв'язками різноманітної природи. Четвертий структурний рівень, або четвертинна структура білка, являє собою функціонально цілісні макроагрегати з двох або більшої кількості поліпептидних ланцюгів - протомера, тобто так званий олігомерних білок.
Важливо підкреслити, що «в амінокислотної послідовності поліпептидного ланцюга олігомерного білка закодована інформація не тільки про його третинної структурі, але також і про геометричній формі контактних ділянок, з якими з'єднуються контактні ділянки інших специфічних протомера. Таким чином, інформація, що міститься в амінокислотної послідовності, може реалізуватися на декількох рівнях структурної організації - вторинному, третинному і четвертинному ». Це ясно вказує на ієрархічний характер організації білка.
Спільним для білка «властивістю, що виявляється на всіх рівнях організації вище амінокислотного, є симетрія ... Наявність сим ^ метрії та ієрархії рівнів білкових структур дозволяє більш ясно представити деякі аспекти складної проблеми просторової організації білкових молекул ».
Надмолекулярному суборганізменном рівні ієрархічність організації живих систем загальновідома і досить демонстративно: всі названі структури представляють собою конкретні підсистеми організму і як такі принципово можливі тільки в рамках цілісної функціонально-структурної системи организменного рівня.
На організменному рівні ієрархічність організації настільки ж очевидна, як і на суборганізменних рівнях: ієрархічна підпорядкованість усіх функціонально-структурних елементів організму становить одну з його головних особливостей і характеризує його як неподільну одиницю життя.
На надорганізмові рівні ієрархічна організація живих систем має місце завжди, хоча в різних випадках може бути виражена в різному ступені.
У структурно невпорядкованих тимчасових надорганізменних системах ця ієрархія може виявлятися відносно слабко, прикладом чого можуть слугувати хоча б міграційні зграї дрібних птахів, зокрема багатьох горобцеподібних. Зграя шпаків не є структурно впорядкованою в тому сенсі, що розташування птахів відносно один одного в ній не підпорядковується якомусь твердому законом. У той же час поведінка кожного птаха в летить зграї підпорядковане поведінки зграї, в чому проявляється ієрархічна, системна структура зграї.
Навпаки, у структурно упорядкованих постійних надорганізменних системах ієрархічна структура виражена найчіткіше. Як приклад можна вказати ярусну структуру листяного лісу лісостепової зони СРСР, що складається з основного - деревного ярусу, нижче якого закономірно розташовуються інші яруси - чагарниковий, трав'яно-кустарнічковий, моховий і т. д.; настільки ж виражена ця ярусність і за глибиною укорінення рослин . Така ярусна ієрархія над організмовому системи лісу оптимізує розподіл «сфер впливу» між представниками окремих ярусів і тим самим веде до найбільш повного освоєння системою життєвих ресурсів.
Антіентропічность живих систем безпосередньо пов'язана саме з їх впорядкованістю і проявляється в тому, що властивий їм рівень ентропії нижче можливого максимуму, відповідного термодинамічно рівноважного стану системи. Підтримання такого стану, коли рівень ентропії системи відрізняється від максимуму, можливо у двох випадках:
при позитивному енергобалансі системи, коли споживана нею з навколишнього середовища енергія більше виділяється, що, зокрема, відповідає метаболічно активного стану живої системи; в плані загальної теорії систем цей стан має бути визначено як стан відкритої системи;
за відсутності такого позитивного енергобалансу, якщо система здатна зберігати певний, відмінний від максимуму, рівень ентропії тільки за рахунок своїх структурних антіентропіческіх властивостей, що перешкоджають збільшення ентропії при відсутності активно здійснюваного організмом матеріального обміну з навколишнім середовищем, що, зокрема, відповідає метаболічно неактивного станом живий системи, тобто стану повної анабіозу; з позицій загальної теорії систем такий стан відповідає стану закритої системи.
Обидва ці стани, зокрема структурні антіентропіческіе властивості закритих живих систем. Важливо підкреслити, що антіентропічность не є якесь самостійне властивість живих систем; вона являє собою лише наслідок реально існуючої високої впорядкованості цих систем.
4. Висока функціонально-структурна складність
Загальною властивістю всіх живих систем, незалежно від рівня їх організації, є їх висока функціонально-структурна складність.
За навіть дуже простий макроорганізаціі живі системи незмінно залишаються високоскладних за рахунок своєї специфічної мікроорганізаціі: за будь-якої складності макроорганізаціі живої системи її інтегральна складність завжди визначається її мікроорганізаціей на молекулярному і субмолекулярному рівнях. Беручи до уваги всі інформаційні, енергетичні і матеріальні аспекти молекулярної та субмолекулярному організації живих систем, слід визнати, що переважання цієї молекулярної складової в інтегральної складності живої системи в будь-якому випадку настільки значно, що сукупність всіх її інших, тобто надмолекулярних, компонентів, безперечно, має лише підпорядковане значення. У цьому сенсі можна сказати, що за ступенем сумарної складності шимпанзе менше відрізняється від вірусу тютюнової мозаїки, ніж молекулярна організація шимпанзе від її надмолекулярної організації.
Підставою для такого висновку служать загальновідомі істини молекулярної біології. Уявлення про ступінь інформаційної та функціонально-структурної складності живих систем на молекулярному рівні дають хоча б загальновідомі особливості генетичного коду організмів. Досить нагадати, наприклад, що один ген, що забезпечує кодування тільки одного поліпептиду, містить приблизно 1,5 X. X 10 березня нуклеотидних пар в ДНК, а паліндромний послідовності в ДНК еукаріотів, що представляють собою області впізнавання для рестриктаз, містять до 1,2 • 3 жовтня нуклеотидних пар. У світлі подібних цифр, число яких можна було б збільшити, висока інформаційна і функціонально-структурна складність молекулярної організації живих систем є досить очевидною.
Природно, що приклад з шимпанзе не претендує на абсолютну точність, а проте він, безсумнівно, вірно відображає нашу спільну думку про вирішальну роль молекулярних особливостей у визначенні загального інтегрального рівня складності живої системи. Це, зрозуміло не дає нам права скидати з рахунків елементи складності надмолекулярних рівнів; суть справи полягає лише в тому, що сукупність цих надмолекулярних елементів за своїм відносному значенні в сумарному вираженні складності живої системи будь-якого рангу явно поступається молекулярної складової.
Таке положення цілком відповідає тому факту, що все що відбуваються в організмах найважливіші життєві процеси, пов'язані зі змінами інформаційних, енергетичних та матеріальних статків живої системи, структурно забезпечені на молекулярному і субмолекулярному рівнях. Саме ця обставина робить можливим, зокрема, існування неклітинних живих систем, тобто вірусів, у яких вся функціонально-структурна організація обмежена рівнем макромолекул і порівняно нескладних надмолекулярних агрегатів. В цьому одна з найважливіших свідчень особливої вагомості молекулярного рівня в багаторівневої цілісної конструкції живих систем будь-якої складності.
Висока складність живих систем, заснована на їх впорядкованої, суворо ієрархічної функціонально-структурної організації, у поєднанні з програмним управлінням всіма протікають в рамках системи процесами інформаційного, енергетичного і матеріального плану, і створює ту глибоку специфіку живих систем, яка піднімає їх на більш високий, якісно новий рівень організації, принципово відрізняє їх від об'єктів неживої природи.
Беручи до уваги все сказане, ми можемо помітити, що з принциповою боку життя як загальне явище у Всесвіті представляє собою феномен швидше кібернетичного, ніж субстратного плану. У кінцевому підсумку не білки і не нуклеїнові кислоти як конкретні полімерні субстрати, а перш за все їх властивості як накопичувачів і перетворювачів інформації з'явилися необхідною основою формування антіентропіческіх самоповторяющийся і еволюціонують, тобто живих, систем: при наявності цих інформаційних властивостей на який-небудь інший субстратної основі явище життя в принципі могло б розвинутися з таким же успіхом.
Поняття живої системи відноситься до об'єктів вельми різного рівня складності. Зміст цього поняття може бути визначено лише в термінах біокібернетики і відповідно до ідеї системної організації, на основі врахування деяких загальних принципів функціонування живих систем, зокрема в аспектах зв'язків, контролю та управління. Відповідно з цим у загальному визначенні живої системи не можуть знайти відображення конкретно-біологічні особливості, що характеризують специфіку тих чи інших приватних систем будь-якого рівня: такі особливості можуть бути враховані лише у визначеннях живих систем конкретного рівня складності, наприклад у визначенні відкритої і закритої живих систем .
Беручи до уваги велику різноманітність рівнів організації відомих у даний час живих систем та існуючі між ними відмінності у формах їх зв'язків з навколишнім їх середовищем, загальне визначення живої системи можна сформулювати в наступному вигляді.
Жива система - ієрархічно організована складна система, що має власну програму розвитку, реалізація якої забезпечує збереження системи на основі підтримки в ній певного, відмінного, від максимуму рівня ентропії. Це визначення підкреслює, таким чином, всі три основні особливості живої системи.
Біологи, безсумнівно, звернули увагу на те, що в наведеному вище визначенні живої системи відсутні вказівки на традиційно виділяються властивості живого. Це пояснюється тим, що ці «традиційні» властивості в більшості своїй можуть ставитися не до всіх, а тільки до відкритих живим системам, з якими їх і було прийнято пов'язувати. Інакше кажучи, колишні визначення живого, що містять ці «традиційні» елементи, залишали за межами живого закриті живі системи, що відповідають стану повного анабіозу. Природно, що наше загальне визначення, що відноситься до всіх без винятку живим системам, не може містити в собі елементи, прийнятні тільки для відкритих систем.
Як видно з наведеного визначення, воно не містить вказівки на нуклеїново-білковий характер субстратів живих систем. Це обумовлено тим фактом, що всі три властиві живим системам особливості принципово можуть бути реалізовані не тільки на основі нуклеїново-білкових субстратів, але і на іншій хімічній основі, у зв'язку з чим цей нуклеїново-білковий варіант організації живої системи не може знайти відображення в її загальному визначенні.
Спроби обгрунтувати загальне визначення живої системи виходячи з нуклеїново-білкової природи земного життя закономірно призводять до обмежувального тлумачення цього поняття. Одним із прикладів такого підходу може слугувати хоча б наступне визначення: «Живими називаються такі системи, які мають нуклеїновими кислотами та білками і здатні самі синтезувати ці речовини. Це визначення непріложіма до найдавніших сходами виникнення життя, а також до існуючих, можливо, позаземним живим системам, які можуть бути влаштовані інакше ». Як видно з цього тексту, подібне визначення вимагає негайних застережень з приводу обмеженості сфери його застосування. Крім вже містяться в цьому тексті обмежень, авторам цього визначення доводиться вважати, що віруси - це об'єкти, «що складаються з нуклеїнових кислот і білків, але не є живими», що суперечить їх же власним визначенням живої системи. Таким чином, спроби визначення живої системи на основі констатації нуклеїново-білкової природи земних організмів виходять з передумов приватного характеру, тобто страждають геоцентризм і в цьому сенсі відображають пройдений етап розвитку біології.
Наше визначення не містить також і згадки р метаболічної діяльності живих систем, оскільки вона не властива закритим живим системам.
Далі, в нашому визначенні нічого не сказано про здатність живих систем до самовідтворення. Це пов'язано з тим, що не всі живі системи є самовідтворюються. Досить згадати багато безплідні касти комах, наприклад робочих бджіл і термітів тощо: всі вони представляють собою приклади несамовоспроізводящіхся живих систем. Те ж можна сказати і про багатьох живих системах надорганізмеііого рівня, до яких поняття «самовідтворення» не застосовується, які, зокрема, тимчасові, міграційні зграї багатьох тварин - різних риб, птахів та ін
Наше визначення не містить і вказівок на здатність живих систем до еволюції, оскільки еволюціонувати здатні не всі, а тільки метаболічно активні самовідтворюються живі системи. Що ж стосується закритих живих систем, представлених організмами, що знаходяться в стані повного анабіозу, то вони не здатні ні до самовідтворення, ні до еволюції, оскільки існують у формі нефункціонуючої структурної системи організму. Еволюційний розвиток адаптації, що забезпечують біологічну допустимість анабіотичного станів, відбувається лише за рахунок тих чи інших генетичних змін, що виникають у метаболічно активних фазах онтогенезу, тоді як у стані повного анабіозу, коли жива система є закритою, вона здатна лише відчувати елімінувальних дію природного добору під впливом певних агресивних факторів середовища. Проте напрям цієї елімінації цілком обумовлено розвитком організму в метаболічно активних фазах онтогенезу. Інакше кажучи, процес еволюції як такої завжди обмежений періодами метаболічно активного життя, тобто властивий не всім, а тільки метаболічно активним живим системам.
На основі загального визначення живої системи відкрита та закрита живі системи можуть бути визначені наступним чином.
Відкрита жива система - метаболічно активна жива система, яка існує на основі постійного, активно здійснюваного обміну речовиною та енергією з навколишнім її зовнішнім середовищем, в ході якого, відповідно до програми розвитку системи, забезпечуються її збереження і самовідтворення і створюються передумови до її адаптивної еволюції.
Закрита жива система - метаболічно неактивна жива система, не здійснює обміну речовиною з навколишнім її зовнішнім середовищем і існуюча у формі комплексу нефункціонуючих життєздатних структур.
5. Періодичний закон розвитку живих систем
У ході біологічної еволюції рівень функціонально-структурної складності живих систем змінюється двояким шляхом:
1) на дискретній основі, завдяки періодичної агрегації доорганізменних або організменних систем в системи більш високого рівня структурної складності. При цьому структурна складність систем збільшується відразу на порядок: вихідні системи в результаті акту агрегації стають підсистемами нової системи більш високого рівня структурної складності. Саме таким шляхом відбувалося становлення монобіонтов, метабіонтов і ценометабіонтов;
2) шляхом повільних, поступових змін тих чи інших елементів системи, в ході яких нову якість накопичується в рамках певного рівня структурної агрегації - монобіонтного, метабіонтного »або ценометабіонтного. Так відбувається адаптивна еволюція монобіон-тов, метабіонтов і ценометабіонтов.
Цілісна картина розвитку земного життя являє собою поєднання обох цих шляхів і малюється як складний мультіцікліческій процес, підлеглий деякого періодичного закону і складається в зміні повторюваних циклів, кожен з яких відрізняється від попереднього більш високим рівнем структурної агрегації живої системи. Відповідно до цього виділяються три ери розвитку життя на нашій планеті, якісно різні за агрегатної структурі організмів: 1) монобіонтная, протягом якої живі істоти були представлені тільки монобіонтамі; 2) монометабіонтная, протягом якої організми були представлені монобіонтамі і метабіонтамі; 3) моно-мета-ценоме-табіонтная, що характеризується присутністю в земній біоті одночасно всіх трьох структурно різних груп організмів - монобіонтов, метабіонтов і ценометабіонтов - і триває до теперішнього часу.
Таким чином, в історичному розвитку життя на Землі відбувалися певні періодичні процеси, пов'язані з закономірною, циклічної структурної агрегацією живих систем, що становила основу їх адаптивного функціонально-структурного ускладнення. Ці періодичні процеси можуть бути описані у вигляді періодичного закону розвитку живих систем, сутність якого можна сформулювати наступним чином: еволюція організмів відбувається на основі їх періодичної структурної агрегації, в ході якої вихідні доорганізменние або організмені системи стають підсистемами нової організмовому системи, більш високого структурного рівня.
Періодичний закон розвитку живих систем відображає, отже, одну з найбільш загальних особливостей їх історичного розвитку - нерівномірність і циклічність їх еволюції.
У зв'язку з завданнями цього дослідження - вивченням екоморф »відбивають конкретну специфіку організмів, - зазначимо, що організменний рівень організації живої системи в структурному відношенні не є, отже, однозначним, а представлений трьома структурно різними рівнями, що має істотне значення при оцінці особливостей екоморф самих різних організмів.
6. Про техногенних варіантах живих систем
Штучно створений людиною, тобто техногенний варіант живої системи, що задовольняє всім вимогам у її загальному визначенні, дійсно був би «живим» в тому ж сенсі і в тій же мірі, як і природні, природні живі системи. Не вдаючись у технічні деталі цієї проблеми і не торкаючись її економічних і соціальних аспектів, відзначимо лише її загальнотеоретичну правомочність: штучні, техногенні живі системи настільки ж можливі, як і будь-які створені людиною техногенні об'єкти. Оскільки у разі створення техногенних живих систем мова йде фактично про моделювання властивих природним живим системам конкретних функціональних особливостей, проблема техногенної життя знаходиться в рамках біоніки і її можна розглядати як одну з технічних завдань, закономірна випливають з потреб розвивається людської цивілізації.
Висновки
Життя як, явище природи існує у формі дискретних живих систем. Основу дискретності живих систем становить неподільна одиниця життя - організм.
Живі системи виявляють значну різноманітність, джерелом якого є: 1) загальний характер зв'язків живої системи із зовнішнім середовищем, 2) рівень функціональної організації системи, 3) рівень її структурної агрегації і 4) спосіб організації процесів метаболізму. У зв'язку з цим істотно поділ живих систем відповідно на відкриті і закриті; організмені і надорганізменних; монобіонтние, метабіонтние і ценометабіонтние; автобіонтние і анавтобіонтние. Ці розподілу неадекватні і не підпорядковані один одному; множинність їх відображає багатогранність процесу еволюції живих систем.
Різноманітність живих систем зменшує число властивих їм загальних особливостей, зводячи його до трьох взаємозалежних головним властивостям живого: 1) наявності власної програми розвитку живої системи, розгортання на основі активно регульованих інформаційних взаємозв'язків її із зовнішнім середовищем, 2) ієрархічності її функціонально-структурної організації і 3 ) її високою функціонально-структурної складності, особливо на молекулярному рівні.
Поняття живої системи відноситься до об'єктів вельми різного рівня складності і може бути описано лише в термінах біокібернетики а відповідно до ідеї системної організації. Жива система - ієрархічно організована складна система, що має власну програму розвитку.
Еволюція організмів відбувається на основі їх періодичної структурної агрегації, в ході якої вихідні доорганізменние або організмені системи стають підсистемами нової організмовому системи більш високого структурного рівня. Цей періодичний закон розвитку живих систем відображає одну з найбільш загальних особливостей їх історичного розвитку - нерівномірність і циклічність їх еволюції.
Техногенні об'єкти, які відповідають визначенню живої системи, якщо такі будуть створені, будуть «живими» в тому ж сенсі і в тій же мірі, як і природні, природні живі системи.
Антіентропічность живих систем безпосередньо пов'язана саме з їх впорядкованістю і проявляється в тому, що властивий їм рівень ентропії нижче можливого максимуму, відповідного термодинамічно рівноважного стану системи. Підтримання такого стану, коли рівень ентропії системи відрізняється від максимуму, можливо у двох випадках:
при позитивному енергобалансі системи, коли споживана нею з навколишнього середовища енергія більше виділяється, що, зокрема, відповідає метаболічно активного стану живої системи; в плані загальної теорії систем цей стан має бути визначено як стан відкритої системи;
за відсутності такого позитивного енергобалансу, якщо система здатна зберігати певний, відмінний від максимуму, рівень ентропії тільки за рахунок своїх структурних антіентропіческіх властивостей, що перешкоджають збільшення ентропії при відсутності активно здійснюваного організмом матеріального обміну з навколишнім середовищем, що, зокрема, відповідає метаболічно неактивного станом живий системи, тобто стану повної анабіозу; з позицій загальної теорії систем такий стан відповідає стану закритої системи.
Обидва ці стани, зокрема структурні антіентропіческіе властивості закритих живих систем. Важливо підкреслити, що антіентропічность не є якесь самостійне властивість живих систем; вона являє собою лише наслідок реально існуючої високої впорядкованості цих систем.
4. Висока функціонально-структурна складність
Загальною властивістю всіх живих систем, незалежно від рівня їх організації, є їх висока функціонально-структурна складність.
За навіть дуже простий макроорганізаціі живі системи незмінно залишаються високоскладних за рахунок своєї специфічної мікроорганізаціі: за будь-якої складності макроорганізаціі живої системи її інтегральна складність завжди визначається її мікроорганізаціей на молекулярному і субмолекулярному рівнях. Беручи до уваги всі інформаційні, енергетичні і матеріальні аспекти молекулярної та субмолекулярному організації живих систем, слід визнати, що переважання цієї молекулярної складової в інтегральної складності живої системи в будь-якому випадку настільки значно, що сукупність всіх її інших, тобто надмолекулярних, компонентів, безперечно, має лише підпорядковане значення. У цьому сенсі можна сказати, що за ступенем сумарної складності шимпанзе менше відрізняється від вірусу тютюнової мозаїки, ніж молекулярна організація шимпанзе від її надмолекулярної організації.
Підставою для такого висновку служать загальновідомі істини молекулярної біології. Уявлення про ступінь інформаційної та функціонально-структурної складності живих систем на молекулярному рівні дають хоча б загальновідомі особливості генетичного коду організмів. Досить нагадати, наприклад, що один ген, що забезпечує кодування тільки одного поліпептиду, містить приблизно 1,5 X. X 10 березня нуклеотидних пар в ДНК, а паліндромний послідовності в ДНК еукаріотів, що представляють собою області впізнавання для рестриктаз, містять до 1,2 • 3 жовтня нуклеотидних пар. У світлі подібних цифр, число яких можна було б збільшити, висока інформаційна і функціонально-структурна складність молекулярної організації живих систем є досить очевидною.
Природно, що приклад з шимпанзе не претендує на абсолютну точність, а проте він, безсумнівно, вірно відображає нашу спільну думку про вирішальну роль молекулярних особливостей у визначенні загального інтегрального рівня складності живої системи. Це, зрозуміло не дає нам права скидати з рахунків елементи складності надмолекулярних рівнів; суть справи полягає лише в тому, що сукупність цих надмолекулярних елементів за своїм відносному значенні в сумарному вираженні складності живої системи будь-якого рангу явно поступається молекулярної складової.
Таке положення цілком відповідає тому факту, що все що відбуваються в організмах найважливіші життєві процеси, пов'язані зі змінами інформаційних, енергетичних та матеріальних статків живої системи, структурно забезпечені на молекулярному і субмолекулярному рівнях. Саме ця обставина робить можливим, зокрема, існування неклітинних живих систем, тобто вірусів, у яких вся функціонально-структурна організація обмежена рівнем макромолекул і порівняно нескладних надмолекулярних агрегатів. В цьому одна з найважливіших свідчень особливої вагомості молекулярного рівня в багаторівневої цілісної конструкції живих систем будь-якої складності.
Висока складність живих систем, заснована на їх впорядкованої, суворо ієрархічної функціонально-структурної організації, у поєднанні з програмним управлінням всіма протікають в рамках системи процесами інформаційного, енергетичного і матеріального плану, і створює ту глибоку специфіку живих систем, яка піднімає їх на більш високий, якісно новий рівень організації, принципово відрізняє їх від об'єктів неживої природи.
Беручи до уваги все сказане, ми можемо помітити, що з принциповою боку життя як загальне явище у Всесвіті представляє собою феномен швидше кібернетичного, ніж субстратного плану. У кінцевому підсумку не білки і не нуклеїнові кислоти як конкретні полімерні субстрати, а перш за все їх властивості як накопичувачів і перетворювачів інформації з'явилися необхідною основою формування антіентропіческіх самоповторяющийся і еволюціонують, тобто живих, систем: при наявності цих інформаційних властивостей на який-небудь інший субстратної основі явище життя в принципі могло б розвинутися з таким же успіхом.
Поняття живої системи відноситься до об'єктів вельми різного рівня складності. Зміст цього поняття може бути визначено лише в термінах біокібернетики і відповідно до ідеї системної організації, на основі врахування деяких загальних принципів функціонування живих систем, зокрема в аспектах зв'язків, контролю та управління. Відповідно з цим у загальному визначенні живої системи не можуть знайти відображення конкретно-біологічні особливості, що характеризують специфіку тих чи інших приватних систем будь-якого рівня: такі особливості можуть бути враховані лише у визначеннях живих систем конкретного рівня складності, наприклад у визначенні відкритої і закритої живих систем .
Беручи до уваги велику різноманітність рівнів організації відомих у даний час живих систем та існуючі між ними відмінності у формах їх зв'язків з навколишнім їх середовищем, загальне визначення живої системи можна сформулювати в наступному вигляді.
Жива система - ієрархічно організована складна система, що має власну програму розвитку, реалізація якої забезпечує збереження системи на основі підтримки в ній певного, відмінного, від максимуму рівня ентропії. Це визначення підкреслює, таким чином, всі три основні особливості живої системи.
Біологи, безсумнівно, звернули увагу на те, що в наведеному вище визначенні живої системи відсутні вказівки на традиційно виділяються властивості живого. Це пояснюється тим, що ці «традиційні» властивості в більшості своїй можуть ставитися не до всіх, а тільки до відкритих живим системам, з якими їх і було прийнято пов'язувати. Інакше кажучи, колишні визначення живого, що містять ці «традиційні» елементи, залишали за межами живого закриті живі системи, що відповідають стану повного анабіозу. Природно, що наше загальне визначення, що відноситься до всіх без винятку живим системам, не може містити в собі елементи, прийнятні тільки для відкритих систем.
Як видно з наведеного визначення, воно не містить вказівки на нуклеїново-білковий характер субстратів живих систем. Це обумовлено тим фактом, що всі три властиві живим системам особливості принципово можуть бути реалізовані не тільки на основі нуклеїново-білкових субстратів, але і на іншій хімічній основі, у зв'язку з чим цей нуклеїново-білковий варіант організації живої системи не може знайти відображення в її загальному визначенні.
Спроби обгрунтувати загальне визначення живої системи виходячи з нуклеїново-білкової природи земного життя закономірно призводять до обмежувального тлумачення цього поняття. Одним із прикладів такого підходу може слугувати хоча б наступне визначення: «Живими називаються такі системи, які мають нуклеїновими кислотами та білками і здатні самі синтезувати ці речовини. Це визначення непріложіма до найдавніших сходами виникнення життя, а також до існуючих, можливо, позаземним живим системам, які можуть бути влаштовані інакше ». Як видно з цього тексту, подібне визначення вимагає негайних застережень з приводу обмеженості сфери його застосування. Крім вже містяться в цьому тексті обмежень, авторам цього визначення доводиться вважати, що віруси - це об'єкти, «що складаються з нуклеїнових кислот і білків, але не є живими», що суперечить їх же власним визначенням живої системи. Таким чином, спроби визначення живої системи на основі констатації нуклеїново-білкової природи земних організмів виходять з передумов приватного характеру, тобто страждають геоцентризм і в цьому сенсі відображають пройдений етап розвитку біології.
Наше визначення не містить також і згадки р метаболічної діяльності живих систем, оскільки вона не властива закритим живим системам.
Далі, в нашому визначенні нічого не сказано про здатність живих систем до самовідтворення. Це пов'язано з тим, що не всі живі системи є самовідтворюються. Досить згадати багато безплідні касти комах, наприклад робочих бджіл і термітів тощо: всі вони представляють собою приклади несамовоспроізводящіхся живих систем. Те ж можна сказати і про багатьох живих системах надорганізмеііого рівня, до яких поняття «самовідтворення» не застосовується, які, зокрема, тимчасові, міграційні зграї багатьох тварин - різних риб, птахів та ін
Наше визначення не містить і вказівок на здатність живих систем до еволюції, оскільки еволюціонувати здатні не всі, а тільки метаболічно активні самовідтворюються живі системи. Що ж стосується закритих живих систем, представлених організмами, що знаходяться в стані повного анабіозу, то вони не здатні ні до самовідтворення, ні до еволюції, оскільки існують у формі нефункціонуючої структурної системи організму. Еволюційний розвиток адаптації, що забезпечують біологічну допустимість анабіотичного станів, відбувається лише за рахунок тих чи інших генетичних змін, що виникають у метаболічно активних фазах онтогенезу, тоді як у стані повного анабіозу, коли жива система є закритою, вона здатна лише відчувати елімінувальних дію природного добору під впливом певних агресивних факторів середовища. Проте напрям цієї елімінації цілком обумовлено розвитком організму в метаболічно активних фазах онтогенезу. Інакше кажучи, процес еволюції як такої завжди обмежений періодами метаболічно активного життя, тобто властивий не всім, а тільки метаболічно активним живим системам.
На основі загального визначення живої системи відкрита та закрита живі системи можуть бути визначені наступним чином.
Відкрита жива система - метаболічно активна жива система, яка існує на основі постійного, активно здійснюваного обміну речовиною та енергією з навколишнім її зовнішнім середовищем, в ході якого, відповідно до програми розвитку системи, забезпечуються її збереження і самовідтворення і створюються передумови до її адаптивної еволюції.
Закрита жива система - метаболічно неактивна жива система, не здійснює обміну речовиною з навколишнім її зовнішнім середовищем і існуюча у формі комплексу нефункціонуючих життєздатних структур.
5. Періодичний закон розвитку живих систем
У ході біологічної еволюції рівень функціонально-структурної складності живих систем змінюється двояким шляхом:
1) на дискретній основі, завдяки періодичної агрегації доорганізменних або організменних систем в системи більш високого рівня структурної складності. При цьому структурна складність систем збільшується відразу на порядок: вихідні системи в результаті акту агрегації стають підсистемами нової системи більш високого рівня структурної складності. Саме таким шляхом відбувалося становлення монобіонтов, метабіонтов і ценометабіонтов;
2) шляхом повільних, поступових змін тих чи інших елементів системи, в ході яких нову якість накопичується в рамках певного рівня структурної агрегації - монобіонтного, метабіонтного »або ценометабіонтного. Так відбувається адаптивна еволюція монобіон-тов, метабіонтов і ценометабіонтов.
Цілісна картина розвитку земного життя являє собою поєднання обох цих шляхів і малюється як складний мультіцікліческій процес, підлеглий деякого періодичного закону і складається в зміні повторюваних циклів, кожен з яких відрізняється від попереднього більш високим рівнем структурної агрегації живої системи. Відповідно до цього виділяються три ери розвитку життя на нашій планеті, якісно різні за агрегатної структурі організмів: 1) монобіонтная, протягом якої живі істоти були представлені тільки монобіонтамі; 2) монометабіонтная, протягом якої організми були представлені монобіонтамі і метабіонтамі; 3) моно-мета-ценоме-табіонтная, що характеризується присутністю в земній біоті одночасно всіх трьох структурно різних груп організмів - монобіонтов, метабіонтов і ценометабіонтов - і триває до теперішнього часу.
Таким чином, в історичному розвитку життя на Землі відбувалися певні періодичні процеси, пов'язані з закономірною, циклічної структурної агрегацією живих систем, що становила основу їх адаптивного функціонально-структурного ускладнення. Ці періодичні процеси можуть бути описані у вигляді періодичного закону розвитку живих систем, сутність якого можна сформулювати наступним чином: еволюція організмів відбувається на основі їх періодичної структурної агрегації, в ході якої вихідні доорганізменние або організмені системи стають підсистемами нової організмовому системи, більш високого структурного рівня.
Періодичний закон розвитку живих систем відображає, отже, одну з найбільш загальних особливостей їх історичного розвитку - нерівномірність і циклічність їх еволюції.
У зв'язку з завданнями цього дослідження - вивченням екоморф »відбивають конкретну специфіку організмів, - зазначимо, що організменний рівень організації живої системи в структурному відношенні не є, отже, однозначним, а представлений трьома структурно різними рівнями, що має істотне значення при оцінці особливостей екоморф самих різних організмів.
6. Про техногенних варіантах живих систем
Штучно створений людиною, тобто техногенний варіант живої системи, що задовольняє всім вимогам у її загальному визначенні, дійсно був би «живим» в тому ж сенсі і в тій же мірі, як і природні, природні живі системи. Не вдаючись у технічні деталі цієї проблеми і не торкаючись її економічних і соціальних аспектів, відзначимо лише її загальнотеоретичну правомочність: штучні, техногенні живі системи настільки ж можливі, як і будь-які створені людиною техногенні об'єкти. Оскільки у разі створення техногенних живих систем мова йде фактично про моделювання властивих природним живим системам конкретних функціональних особливостей, проблема техногенної життя знаходиться в рамках біоніки і її можна розглядати як одну з технічних завдань, закономірна випливають з потреб розвивається людської цивілізації.
Висновки
Життя як, явище природи існує у формі дискретних живих систем. Основу дискретності живих систем становить неподільна одиниця життя - організм.
Живі системи виявляють значну різноманітність, джерелом якого є: 1) загальний характер зв'язків живої системи із зовнішнім середовищем, 2) рівень функціональної організації системи, 3) рівень її структурної агрегації і 4) спосіб організації процесів метаболізму. У зв'язку з цим істотно поділ живих систем відповідно на відкриті і закриті; організмені і надорганізменних; монобіонтние, метабіонтние і ценометабіонтние; автобіонтние і анавтобіонтние. Ці розподілу неадекватні і не підпорядковані один одному; множинність їх відображає багатогранність процесу еволюції живих систем.
Різноманітність живих систем зменшує число властивих їм загальних особливостей, зводячи його до трьох взаємозалежних головним властивостям живого: 1) наявності власної програми розвитку живої системи, розгортання на основі активно регульованих інформаційних взаємозв'язків її із зовнішнім середовищем, 2) ієрархічності її функціонально-структурної організації і 3 ) її високою функціонально-структурної складності, особливо на молекулярному рівні.
Поняття живої системи відноситься до об'єктів вельми різного рівня складності і може бути описано лише в термінах біокібернетики а відповідно до ідеї системної організації. Жива система - ієрархічно організована складна система, що має власну програму розвитку.
Еволюція організмів відбувається на основі їх періодичної структурної агрегації, в ході якої вихідні доорганізменние або організмені системи стають підсистемами нової організмовому системи більш високого структурного рівня. Цей періодичний закон розвитку живих систем відображає одну з найбільш загальних особливостей їх історичного розвитку - нерівномірність і циклічність їх еволюції.
Техногенні об'єкти, які відповідають визначенню живої системи, якщо такі будуть створені, будуть «живими» в тому ж сенсі і в тій же мірі, як і природні, природні живі системи.