Екологія: біологія взаємодії. I-03. Рівні організації біосистем

I-03. Рівні організації біосистем

Система є комплекс елементів, що знаходяться у взаємодії.
Людвиг фон Берталанфі

Я вважаю, що пізнати частину без пізнання цілого так само неможливо, як пізнати ціле без знання його частин.
Блез Паскаль

Екологія розглядає взаємозв'язки з середовищем існування живих систем: організмів, популяцій, екосистем, біосфери. Щоб розібратися в різноманітті цих біосистем, необхідно розглянути саме поняття «система». Воно походить від грецького systema — складене з частин; з'єднання. Згідно одного з найпростіших, але цілком придатних для даного випадку визначень система є впорядковане ціле, що складається з взаємопов'язаних частин.

Арістотелю, «батькові всіх наук», належить афоризм: «ціле більше суми своїх частин». Що він мав на увазі? Ясно, що в деяких випадках (наприклад, при додаванні) ціле якраз і є сумою своїх частин! Наприклад, вага комп'ютера в точності дорівнює вазі всіх його компонентів. Але чи здатні компоненти комп'ютера, взяті окремо, обробляти дані, перетворювати та відтворювати зображення, приймати та передавати інформацію? Звичайно, цих властивостей деталі комп'ютера набувають, тільки коли вони з'єднані певним чином. Саме тому, даючи визначення системи, ми підкреслили, що вона є впорядкованим цілим.

Отже, властивості систем можна розділити на дві групи: ті, які є сумою властивостей її частин, і ті, які виникають у системи, як у єдиного цілого. Назвемо ці властивості. Адитивні властивості системи (лат. additio — додаток) є сумою властивостей її частин. Якісно нові властивості системи називаються емергентними (лат. emergere — спливати, з'являтися). Найчастіше англійський прикметник «emergent» передають як «емерджентний», що не відповідає традиції передачі літери «g» у словах: адже ми говоримо і пишемо «ген», а не «джен», попри англійське «gen»!

Біологічні системи організовані ієрархічно, і на кожному рівні здійснюється регуляція, що використовує подібні принципи. В кінці XX століття отримав розвиток системний підхід, що пішов від Людвіга фон Берталанфі. Він заснований на том, що системи, побудовані зі схоже взаємопов'язаних частин, мають подібні цілісні (емергентні) властивості.

Порівнюючи системи різного рівня, можна побачити між ними багато спільного, а можна і знайти риси специфічності для кожного з рівнів. Осмислення цих закономірностей вилилося в концепцію структурних рівнів організації біосистем, яка почала розвиватися в 30-х роках XX століття, а остаточно склалася в 60-х роках. Так, заведено виділяти такі рівні організації біосистем: молекулярний — (генний) — (субклітинний) — клітинний — (органно-тканинний) — (функціональних систем) — організмовий — популяційний — біогеоценотичний — біосферний. У наведеному списку рівні, взяті в дужки, можна вважати відносно менш важливими, ніж рівні без дужок.

Різні рівні біосистем слід виділяти тому, що кожен з них характеризується властивостями, відсутніми на рівнях, що лежать нижче. Універсальний перелік рівнів організації біосистем скласти неможливо. В залежності від того, які біосистеми та з якої точки зору вивчаються, треба виділяти більше або менше рівнів, на кожному з яких виникають якісні емергентні властивості. Доцільно виділяти таке число рівнів, щоб кожному з них були притаманні властивості, вивчення яких на нижчому і вищому рівнях було неможливим. Повне вивчення системи має включати також вивчення вище- та нижчележачих систем («надсистем» і підсистем).

Так, демографічна структура популяції відсутня на рівні окремого організму, а феномен людської свідомості відсутній на рівні окремих структур мозку. Феномен життя виникає на клітинному рівні, а феномен потенційного безсмертя — на популяційному. Організм є одиницею природного відбору. Специфіка біогеоценотичного рівня пов'язана зі складом його компонентів і колообігом речовин (супроводжується потоками енергії та інформації), а біосферного рівня — з замкнутістю колообігу речовин. Приклади емергентних властивостей деяких біосистем наведені в таблиці I-03.1.

Таблиця I-03.1. Приклади біосистем різних рівнів та їх емергентних властивостей

Виділення надорганізменних структурних рівнів біосистем може проводитися за двома різними принципами. З екологічного (функціонально-енергетичного) погляду, популяція є частиною біогеоценозу, а він — частиною біосфери. Цей підхід в основному відповідає екологічному визначенню популяції. З філетичної (пов'язаної з філами — еволюційними гілками), тобто з генетико-еволюційного погляду, популяція є частиною виду і надвидових таксонів (див. пункт IV-01).