Отличительные признаки биологической системы. Урок "биологические системы"

Биологические объекты различной степени сложности (клетки, организмы, популяции и ви­ды, биогеоценозы и саму биосферу) рассматривают в настоящее время в качестве биологических систем.

Система - это единство структурных компонентов, взаимодействие которых порождает новые свойства по сравнению с их механической совокупностью. Так, организмы состоят из органов, органы образованы тканями, а ткани формируют клетки.

Характерными чертами биологических систем являются их целостность, уровневый принцип организации, о чем говорилось выше, и открытость. Целостность биологических систем в значи­тельной степени достигается за счет саморегуляции, функционирующей по принципу обратной связи.

К открытым системам относят системы, между которыми и окружающей средой происходит обмен веществ, энергии и информации, например, растения в процессе фотосинтеза улавливают солнечный свет и поглощают воду и углекислый газ, выделяя кислород.

Общие признаки биологических систем: клеточное строение, особенности химического состава, обмен веществ и превращения энергии, гомеостаз, раздражимость, движение, рост и развитие, воспроизведение, эволюция

Биологические системы отличаются от тел неживой природы совокупностью признаков и свойств, среди которых основными являются клеточное строение, особенности химического состава, обмен веществ и превращения энергии, гомеостаз, раздражимость, движение, рост и раз­витие, воспроизведение и эволюция.

Элементарной структурно-функциональной единицей живого является клетка. Даже вирусы, относящиеся к неклеточным формам жизни, неспособны к самовоспроизведению вне клеток.

Различают два типа строения клеток: прокариотические и эукариотические. Прокариотические клетки не имеют сформированного ядра, их генетическая информация сосредоточена в ци­топлазме. К прокариотам относят прежде всего бактерии. Генетическая информация в эукариоти- ческих клетках хранится в особой структуре - ядре. Эукариотами являются растения, животные и грибы. Если в одноклеточных организмах клетке присущи все проявления живого, то у много­клеточных происходит специализация клеток.

В живых организмах не встречается ни одного химического элемента, которого бы не было в неживой природе, однако их концентрации существенно различаются в первом и во втором слу­чаях. Преобладают в живой природе такие элементы, как углерод, водород и кислород, которые входят в состав органических соединений, тогда как для неживой природы в основном характер­ны неорганические вещества. Важнейшими органическими соединениями являются нуклеиновые кислоты и белки, которые обеспечивают функции самовоспроизведения и самоподдержания, но ни одно из этих веществ не является носителем жизни, поскольку ни по отдельности, ни в группе они не способны к самовоспроизведению - для этого необходим целостный комплекс молекул и структур, которым и является клетка.

Все живые системы, в том числе клетки и организмы, являются открытыми системами. Од­нако, в отличие от неживой природы, где в основном происходит перенос веществ с одного места в другое или изменение их агрегатного состояния, живые существа способны к химическому превращению потребляемых веществ и использованию энергии. Обмен веществ и превращения энергии связаны с такими процессами, как питание, дыхание и выделение.

Подпитанием обычно понимают поступление в организм, переваривание и усвоение им ве­ществ, необходимых для пополнения энергетических запасов и построения тела организма. По способу питания все организмы делят на автотрофов и гетеротрофов.

Автотрофы - это организмы, которые способны сами синтезировать органические вещества из неорганических.

Гетеротрофы - это организмы, которые потребляют в пищу готовые органические вещества.

Автотрофы делятся на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов. Фотоавтотрофы используют для синтеза органических веществ энергию солнечного света. Процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических соединений называется фотосинтезом. К фотоавтотрофам относится подавляющее большинство растений и некоторые бактерии (например, циано- бактерии). В целом фотосинтез не слишком продуктивный процесс, вследствие чего большинство растений вынуждено вести прикрепленный образ жизни. Хемоавтотрофы извлекают энергию для синтеза органических соединений из неорганических соединений. Этот процесс называется хемосинтезом. Типичными хемоавтотрофами являются некоторые бактерии, в том числе серобак­терии и железобактерии.

Остальные организмы - животные, грибы и подавляющее большинство бактерий - относятся к гетеротрофам.

Дыханием называют процесс расщепления органических веществ до более простых, при кото­ром выделяется энергия, необходимая для поддержания жизнедеятельности организмов.

Различают аэробное дыхание, требующее кислорода, и анаэробное, протекающее без участия кислорода. Большинство организмов является аэробами, хотя среди бактерий, грибов и животных встречаются и анаэробы. При кислородном дыхании сложные органические вещества могут рас­щепляться до воды и углекислого газа.

Подвыделением обычно понимают выведение из организма конечных продуктов метаболизма и избытка различных веществ (воды, солей и др.), поступивших с пищей или образовавшихся в нем. Особенно интенсивно процессы выделения протекают у животных, тогда как растения чрезвычайно экономны.

Благодаря обмену веществ и энергии обеспечивается взаимосвязь организма с окружающей средой и поддерживается гомеостаз.

Гомеостаз - это способность биологических систем противостоять изменениям и поддержи­вать относительное постоянство химического состава, строения и свойств, а также обеспечивать постоянство функционирования в изменяющихся условиях окружающей среды. Приспособление же к изменяющимся условиям среды называетсяадаптацией.

Раздражимость - это универсальное свойство живого реагировать на внешние и внутренние воздействия, которое лежит в основе приспособления организма к условиям окружающей среды и их выживания. Реакция растений на изменения внешних условий заключается, например, в по­вороте листовых пластинок к свету, а у большинства животных она имеет более сложные формы, имеющие рефлекторный характер.

Движение - неотъемлемое свойство биологических систем. Оно проявляется не только в виде перемещения тел и их частей в пространстве, например, в ответ на раздражение, но и в процессе роста и развития.

Новые организмы, появляющиеся в результате репродукции, получают от родителей не го­товые признаки, а определенные генетические программы, возможность развития тех или иных признаков. Эта наследственная информация реализуется во время индивидуального развития. Индивидуальное развитие выражается, как правило, в количественных и качественных измене­ниях организма. Количественные изменения организма называютсяростом. Они проявляются, например, в виде увеличения массы и линейных размеров организма, что основано на воспроиз­ведении молекул, клеток и других биологических структур.

Развитие организма - это появление качественных различий в структуре, усложнение функ­ций и т. д., что базируется на дифференцировании клеток.

Рост организмов может продолжаться всю жизнь или заканчиваться на каком-то определен­ном ее этапе. В первом случае говорят о неограниченном, или открытом росте. Он характерен для растений и грибов. Во втором случае мы имеем дело с ограниченным, или закрытым ростом, присущим животным и бактериям.

Продолжительность существования отдельной клетки, организма, вида и других биологи­ческих систем ограничена во времени в основном из-за воздействия факторов окружающей среды, поэтому требуется постоянное воспроизведение этих систем. В основе воспроизведения клеток и организмов лежит процесс самоудвоения молекул ДНК. Размножение организмов обеспечивает существование вида, а размножение всех видов, населяющих Землю, обеспечивает существование биосферы.

Наследственностью называют передачу признаков родительских форм в ряду поколений.

Однако, если бы при воспроизведении признаки сохранялись, приспособление к меняющимся условиям окружающей среды было бы невозможным. В связи с этим появилось противоположное наследственности свойство - изменчивость.

Изменчивость - это возможность приобретения в течение жизни новых признаков и свойств, которое обеспечивает эволюцию и выживание наиболее приспособленных видов.

Эволюция - это необратимый процесс исторического развития живого.

Она базируется на прогрессивном размножении, наследственной изменчивости, борьбе за существование и естественном отборе. Действие этих факторов привело к огромному разно­образию форм жизни, приспособленных к различным условиям среды обитания. Прогрессивная эволюция прошла ряд ступеней: доклеточных форм, одноклеточных организмов, все усложняю­щихся многоклеточных вплоть до человека.

Схемы и таблицы (1-3 лекции)

Класс сложных систем, обладающих рядом специфических особенностей, характеризующих жизнь: способностью расти и размножаться, реагировать на внешние воздействия и изменяться. Жизнь в Б. с. обеспечивается обменом веществ, комплексом физ.-хим. процессов и хим. реакциями синтеза и разложения, имеющих сложный циклический характер и ферментативную природу. Б. с. являются открытыми системами, которые получают извне вещества и энергию, и создают из них сложные структуры, обладающие более низкой энтропией, чем окружающий мир. Б. с. могут существовать только благодаря развитию специальных подсистем управления, регулирующих ферментативные реакции обмена веществ и всю жизнедеятельность организмов. Они обладают способностью воспринимать и перерабатывать информацию, вырабатывать управляющие (эффекторного характера) сигналы. I

Для описания Б. с. необходимы следующие понятия.

Элемент системы - наименьшая структурная единица, которая еще обладает чертами, выражающими гл. качество системы. I Напр., для сложного организма таким элементом будет клетка, т. к. ей присущи важнейшие качества жизни. Для популяции элементом будет особь с ее качествами, характеризующими поведение. Элемент Б. с. имеет сложную структуру и ф-ции.

Сложность структуры системы определяется количеством и разнообразием элементов и подсистем, которые условно можно разделить на рабочие и управляющие. Степень сложности систем в основном определяется развитием отдельных элементов и подсистем, а также самой системы, сформированной в иерархические «этажи».

Связи - это энергет. и вещественные взаимодействия систем и элементов. Физ. связи определяются непосредственным видом и Значимостью передаваемой энергии и вещества в балансе энергии элемента или системы-адресата. В информационных связях энергия используется лишь как носитель сигнала, управляющего деятельностью элемента или системы.

Для физ. связи важен вид и напряжение передаваемой энергии, а для информационной - код, т. е. тип сигналов, напр., молекула РНК, нервный импульс, слово или вещь. Связи делятся на внешние и внутренние. 1

Сложность деятельности Б. с. определяется числом условно выделенных ее функций (программ) и сложностью последних, что выражается к-вом функциональных актов или циклов, числом участвующих в них элементов и подсистем и протяженностью их во времени. Сложность ф-ций определяется к-вом информации, перерабатываемой внутри системы, т. е. к-вом сигналов и сложностью моделей.

Сложные отношения, в которых находятся между собой Б. с., носят иерархический

характер. Степень независимости одной системы от другой, более крупной системы, прибл. определяется ее жизнеспособностью при отключении от нее энерг. и информационных воздействий со стороны других подобных систем. С понятием сложных отношений связана степень упорядоченности системы или степень непротиворечивости деятельности ее подсистем и элементов, т. е. то, насколько частные ф-ции не мешают, не противодействуют друг другу. Повышение степени упорядоченности увеличивает устойчивость системы, но понижает способность к эволюции.

Более общим и широким понятием является уровень организации, под которым понимают тип структурных и функциональных отношений, определяющих в конечном счете жизнеспособность системы и ее способность к организации внеш. среды. Организация и упорядоченность системы не являются противоположными понятиями, т. к. при высоком уровне организации система может значительно меняться, а относительная гармония между частями при этом сохраняется. Это возможно благодаря развитию моделирующих способностей в сфере управления («уровень сознания»), позволяющих предусмотреть в моделях динамику изменения среды и самой системы для нахождения наилучших вариантов поведения.

Эволюция, т. е. усложнение системы и лучшая приспособленность к среде происходят по-разному: на уровне изменчивости элементов (напр., мутации) или путем целенаправленного изменения организации в сфере управления (напр., воспитание человека или совершенствование общества).

Классификация Б. с. носит условный характер, поскольку нет единого критерия для подразделений и всегда существуют промежуточные формы. Принятая в зоологии и ботанике система классификации не пригодна для рассмотрения Б. с. «в информационном» плане. Более целесообразным является разделение Б. с. на пять иерархических уровней сложности: одноклеточные организмы, многоклеточные организмы, популяции, биогеоценоз и биосфера.

Одноклеточные организмы - это огромное число видов микроорганизмов (микроплазмы, вирусы, бактерии, простейшие). Величина их колеблется от 0,1 до 100 мкм. Подсистемы - органоиды клетки - можно разделить на рабочие и управляющие. Клетка имеет сложное строение, в котором полужесткий скелет (оболочка, перегородки, каналы) сочетается с вмонтированными в него органоидами. Ф-ции клетки - обмен веществ, рост и размножение, реакции на внеш. раздражители в виде изменения обмена и формы движения - в общем виде характерны для всего живого. Все рабочие и управляющие ф-ции клетки поддерживаются за счет хим. процессов ферментативной природы - начиная от способа получения энергии и вплоть до синтеза новых структур или расщепления существующих.

Механизм управления клеткой - это сочетание дискретных процессов синтеза молекул белков - ферментов, необходимых для осуществления той или иной ф-ции, и непрерывных процессов изменения их активности в ходе выполнения регулируемых реакций. ДНК представляет собой модель клетки - ее структуры и функций. В ней, как и в памяти машины, записаны исходные данные задачи и программа ее решения. В ДНК спец. триплетным кодом записана структура всех нужных белков. Это занимает, по-видимому, приблизительно треть ее «памяти». Остальная часть занята «программой считывания», представленной «генами-регуляторами», ответственными за синтез спец. веществ-репрессоров, которые включают синтез нужного фермента только при поступлении от рабочих подсистем сигнала о готовности. Сигнал этот поступает в виде другого активного вещества - регулятора. Таким образом осуществляется выполнение этапов циклических ф-ций (напр., рост и деление) под контролем обратных связей. Синтез белков-ферментов осуществляется по этажной программе с регулируемыми звеньями: ДНК (ядро) - РНК (рибосомы) - белки - их перемещение к месту действия.

Усиление или торможение активности уже синтезированных ферментов осуществляется начальными и конечными продуктами соответствующих хим. реакций. В этом состоит второй механизм регулирования. Следовательно, и в этом случае действуют обратные связи, т. е., регулирование клетки можно представить себе в виде сложной сети, состоящей из «рабочих» и «регулирующих» дискретных и непрерывных хим. реакций. Протекание их характеризуют пространственные координаты (фиксация на «скелете» клетки) и концентрационно-временные характеристики, обеспечивающие циклические ф-ции (выделение) и непрерывные процессы обмена.

Уровень организации одноклеточных по сравнению с другими Б. с. невысок, хотя и не сравним ни с одной тех. системой по к-ву перерабатываемой управляющей информации. Новые приспособительные (адаптивные) программы здесь не вырабатываются в течение жизненного цикла, а создаются лишь в результате мутаций.

Степень упорядоченности, видимо, высокая, т. к. «периферия» - органоиды - имеют ограниченную «самостоятельность» в пределах регулирования действия ферментов, а структура жестко задана моделью в ДНК. Тем не менее изменения в отдельных генах ДНК - мутации, вызывающие небольшие отклонения в функционировании одного органоида, - переносятся другими генами за счет местного приспособления, т. е., имеется возможность для эволюции вида. Этому способствует быстрота размножения путем деления, позволяющая накапливать отдельные мелкие изменения в структуре и ф-циях. В результате этого возникают новые ф-ции.

Многоклеточные организмы проделали большой путь эволюции от губки до

человека. Они весьма разнообразны по размерам и сложности. Особенностями структуры является дифференциация клеток (мышечные, эпителиальные, соединительнотканные, половые), выражающаяся в усилении и усложнении какой-то одной ф-ции клетки за счет ослабления или даже исчезновения др. ф-ции. Напр., сократительная ф-ция в мышечной клетке усиливается за счет исчезновения ф-ции переваривания. Дифференцированные клетки, объединенные в органы и системы (рабочие и управляющие), обеспечивают соответствующие ф-ции всего организма. К «рабочим системам» относятся: пищеварительная, выделительная, дыхательная, сердечно-сосудистая, двигательная, ретикуло-эндотелиальная. Управляющими системами являются эндокринная и нервная. Т. о., в многоклеточном организме можно выделить три иерархических уровня структурной сложности: клеточный, органный и системный. В пределах каждого уровня есть свои подсистемы, которые тоже составляют иерархию.

Информационные связи в организме осуществляются через центр, нервную систему кодом нервных импульсов - и через кровь - кодом гормонов. Передача энергии и веществ идет контактно, через кровь и посредством сокращения мышц внутр. органов.

Функции многоклеточного организма описываются понятиями рефлекса и инстинкта. Инстинкт объединяет иерархию и сочетание рефлексов по времени, направленных на сохранение вида. Это своеобразная программа, состоящая из множества подпрограмм. Можно выделить два инстинкта - продолжение рода, состоящий из полового и родительского, и самосохранения - из пищевого и защитного. В программе инстинкта можно выделить две стороны: внешнюю деятельность - поведение, выражающееся у животных и человека сложным кодом двигательных актов, управляемых анимальной нервной системой и осуществляемых мышцами, и внутреннюю деятельность - выражающуюся в управляемом гомеостазисе, в сочетании ф-ций внутренних органов, управляемых эндокринной и вегетативной нервной системами и призванных энергетически обеспечить выполнение двигательных актов (см. Регулирующие системы организма).

Программы управления и регулирования, в общем виде «записаны» в ДНК, а подробно - в структуре формирующихся в процессе роста нервной и эндокринной систем, как взаимодействие наследственной информации (ДНК) с внеш. воздействиями. Взаимоотношения между внутренней и внешней частями программы (между поведением и гомеостазисом) таково: ведущей является, видимо, программа жизненного цикла (рост, созревание, размножение), заложенная в эндокринной системе. Стимулы от нее идут в анимальную нервную систему, настраивая и активизируя соответствующие сложные условные и безусловные рефлексы поведения - добывание пищи, поиск самки, воспитание детенышей. Сами рефлексы осуществляются в зависимости от раздражителей, получаемых извне. Регулирование гомеостазиса «подстраивается» под двигательные акты поведения и в то же время является для них обратной связью, т. к. энергетически ограничивает их. Т. о., существует схема с четырьмя взаимосвязанными звеньями и обратными связями.

В информационном плане индивидуальное развитие организма можно представить себе таким образом: в ДНК заложены модели всех специализированных клеток с их тонкой структурой и функцией. ДНК содержит также программы считывания специфической информации для клеток, т. е. собственно программу роста и созревания целого организма и всех его частей. Эта программа состоит из этапов, представленных отдельными кусками ДНК, в которых периоды созревания и прогрессирующей специализации клеток перемежаются с размножением. В ДНК заложены также регуляторы этапов, которые включаются с периферии факторами-инициаторами, появляющимися из совокупности размножающихся клеток. Индивидуальное развитие организма на ранней стадии приблизительно повторяет историю эволюции видов, однако с пропусками и со смещениями во времени. Рост и созревание организма происходит вследствие взаимодействия генетической программы, заложенной в ДНК, с влиянием внешней среды и ответами на него растущего организма. Т. о. среда влияет на формирование растущего организма, хотя и в ограниченных пределах. Уровень организации многоклеточных организмов неодинаков у разных видов. Чем сложнее организм, тем выше организация и упорядоченность.

Старение и умирание также необходимы для эволюции. Пока не существует единого мнения о механизмах старения. Предполагают, что планомерное ослабление некоторых ф-ций запрограммировано в генах так же, как и рост, и развитие. Однако, действительный процесс старения, видимо, является сочетанием программы старения с накоплением помех в виде ошибок в генетическом аппарате клеток и балластных хим. веществ внутри клеток и между ними. Помехи нарушают процессы регулирования, понижают способность противостоять болезням.

Биологический вид не следует рассматривать как систему, поскольку он не имеет четких границ во времени и пространстве и выражается в других системах - популяциях. Тем не менее можно говорить о законах формирования и изменения видов, изучаемых в генетике. Основой генетики является учение о мутациях и рекомбинациях как источниках новой генетической информации. При этом нужно учитывать, что в процессе реализации мутантной модели ДНК в организме все значительные изменения в генах делают организм нежизнеспособным, поскольку нарушают координацию между его частями. Однако, умеренные изменения в модели возможны благодаря значительной гибкости генетической

программы формирования, допускающей развитие организма ценой напряжения частных приспособительных механизмов. Так возникает генотип с рядом новых признаков - мутант. Правда, такие индивиды чаще всего бесплодны или имеют пониженную плодовитость, что приводит к быстрому вытеснению их из популяции более плодовитыми «нормальными» конкурентами. Поэтому новые виды могут возникать только тогда, когда благоприятные мутации и рекомбинации сочетаются с изменением внеш. условий. Происходит естественный отбор.

Если популяция с новыми ценными наследственными данными уже сформировалась, то в дальнейшем она распространяется и «дорабатывается» путем последующих мутаций и рекомбинаций, усиливающих новый ценный признак и уменьшающих то внутреннее напряжение приспособления, ценой которого происходило формирование организма по измененной генетической модели ДНК.

Популяцией наз. совокупность особей одного вида, объединенных местом и временем проживания, что дает им возможность общаться между собой. Основу популяций составляет число и частота генотипов - т. е. вариантов наборов генов (рецессивных и доминантных), заложенных в ДНК всей совокупности особей. Это определяет возможности популяции в борьбе за существование и перспективы ее эволюции.

Элементом популяции является особь (фенотип) - животное или растение с его признаками - структурными и функциональными особенностями. Подсистемами популяции являются семьи и стаи. Структура популяции может иметь различную подвижность и ограниченную сложность, которые определяются разнообразием и характером связей, тесно зависящих от развития коры мозга. Связи внутри системы бывают физические (непосредственные физ. воздействия особей друг на друга посредством движения) и информационные (обмен сигналами - звуками, позами, мимикой), которые отражают прямые воздействия. Степень сложности и богатство сигналов определяются развитием коры мозга. Трудно выделить программы, относящиеся собственно к популяции. Она живет инстинктами особей как элементов системы. Только у высших животных с хорошо организованной стаей появляются свои законы сообщества, существенно влияющие на жизнь индивидуумов.

Биогеоценоз - система, состоящая из популяций отдельных биол. видов, объединенных общностью географ, и климат, условий. Элементами системы являются особи, подсистемами - семьи, стаи и популяции. Связи бывают прямые - физические и информационные (сигналы) и непрямые - через неживую природу и низшие биол. виды. Степень организации системы низкая и повышается только в результате воздействий человека. Упорядоченность ее тоже низкая. Система существует при постоянной межвидовой и, частично, внутривидовой борьбе.

Биосфера - это соиокупность всего живого на планете.

О Б. с. известно пока очень немного. Чтобы повысить эффективность управления Б. с., необходимо углублять исследования не только традиционными методами, но и путем изучения количественных моделей, создаваемых кибернетикой биологической. Н. М Амосов

Основные свойства биологических средств. Особенности их воздействия на организм человека, животных и растения. Вероятные агенты биологического оружия

1. Основные свойства биологических средств. Особенности их воздействия на организм человека, животных и растения

Биологическое оружие - это специальные боеприпасы и боевые приборы со средствами их доставки к цели, снаряженные биологическими средствами; оно предназначено для массового поражения людей, сельскохозяйственных животных и посевов сельскохозяйственных культур.

Основу поражающего действия биологического оружия (БО) составляют биологические средства (БС) - специально отобранные для боевого применения биологические агенты, способные при своем проникновении в организм людей (животных, растений) вызывать тяжелые заболевания (поражения).

Особенности поражающего действия биологического оружия:
- биологическое оружие избирательно поражает, в основном, живую материю, оставляя неповрежденными материальные ценности, которые затем могут быть использованы нападающей стороной. Кроме того, одни биологические средства способны поражать только людей, другие - сельскохозяйственных животных, третьи - растения. Лишь отдельные агенты опасны и для человека, и для животных;
- биологическое оружие обладает высокой боевой эффективностью, так как вызывающие заражение дозы биологических средств ничтожно малы, значительно превосходя в этом наиболее токсичные отравляющие вещества;
- биологическое оружие способно поражать живую силу на площадях в десятки тысяч и более квадратных километров, что позволяет использовать его для поражения сильно рассредоточенной живой силы и при отсутствии данных о ее точной дислокации;
- поражающее действие биологического оружия проявляется через определенный, так называемый инкубационный (скрытый) период, который продолжается от нескольких часов до нескольких дней и даже недель. Инкубационный период может сокращаться или удлиняться в зависимости от различных факторов. К ним относятся величина проникшей в организм дозы биологических средств, наличие в организме специфического иммунитета, своевременность применения средств медицинской защиты, физическое состояние и предшествующее облучение организма ионизирующими потоками. В инкубационном периоде личный состав полностью сохраняет боеспособность;
- биологическое оружие характеризуется продолжительностью действия, обусловленной свойством некоторых биологических средств вызывать заболевания, способные к эпидемическому распространению. С другой стороны, некоторые биологические средства длительное время сохраняются во внешней среде в жизнеспособном состоянии (месяцы и годы). Увеличение продолжительности действия биологического оружия также связано с возможностью распространения некоторых биологических средств искусственно зараженными кровососущими переносчиками. В этом случае возникает опасность формирования стойкого природного очага инфекции, нахождение в котором будет являться опасным для личного состава;
- возможность скрытного применения биологического оружия и затруднения в своевременной индикации и идентификации биологических средств;
- биологическое оружие оказывает сильное психологическое воздействие. Угроза применения противником биологического оружия или внезапное появление опасных заболеваний (чума, оспа, желтая лихорадка) могут вызвать панику, депрессию, тем самым снизить боеспособность войск и дезорганизовать работу тыла;
- большой объем и сложность работ по ликвидации последствий применения биологического оружия, при этом возможно возникновение серьезных экологических последствий. Биологические средства поражают людей, животный и растительный мир, микроорганизмы. Это может вести к массовой их гибели, снижению численности до такого уровня, при котором они не смогут продолжать свое дальнейшее существование как виды. Исчезновение в экологическом сообществе одного или группы биологических видов серьезно нарушает экологическое равновесие. Создавшийся вакуум может быть заполнен биологическим видом - носителем опасной инфекции, приобретенной в естественных условиях или в результате применения биологического оружия. В свою очередь это приведет к образованию обширных районов стойкой природной очаговости, обитание в которых для человека опасно.

Биологические средства способны вызывать заболевания, попав внутрь организма через органы дыхания вместе с воздухом, через желудочно-кишечный тракт с пищей и водой, через кожные покровы (через ссадины и раны и при укусах зараженных насекомых).

2. Вероятные агенты биологического оружия

В качестве биологических агентов (средств) противник может использовать:
- для поражения людей - ботулинический токсин, стафилококковый энтеротоксин, возбудителей чумы, туляремии, сибирской язвы, желтой лихорадки, ку-лихорадки, бруцеллеза, венесуэльского энцефаломиелита лошадей и других заболеваний;
- для поражения сельскохозяйственных животных - возбудителей сибирской язвы, сапа, ящура, чумы крупного рогатого скота и др.;
- для поражения сельскохозяйственных культур - возбудителей ржавчины хлебных злаков, фитофтороза картофеля и других заболеваний.

Для уничтожения посевов зерновых и технических сельскохозяйственных культур можно ожидать преднамеренное использование противником насекомых - наиболее опасных вредителей сельскохозяйственных культур, таких, как саранча, колорадский жук и др.

Микроорганизмы, в том числе возбудители инфекционных болезней, в зависимости от размеров, строения и биологических свойств подразделяются на следующие классы: бактерии, вирусы, риккетсии, грибки.

Бактерии представляют собой одноклеточные микроорганизмы, видимые только под микроскопом; размножаются простым делением. Они быстро погибают от воздействия прямых солнечных лучей, дезинфицирующих веществ и высокой температуры. К низким температурам бактерии малочувствительны и переносят даже замораживание. Некоторые виды бактерий для выживания в неблагоприятных условиях способны покрываться защитной капсулой или превращаться в спору, обладающую большой устойчивостью к указанным факторам. Бактерии вызывают такие тяжелые заболевания, как чума, туляремия, сибирская язва, сап и др.

Грибки - микроорганизмы, отличающиеся от бактерий более сложным строением и способами размножения. Споры грибков высокоустойчивы к высушиванию, воздействию солнечных лучей и дезинфицирующих веществ. Заболевания, вызываемые патогенными грибками, характеризуются поражением внутренних органов с тяжелым и длительным течением.

3. Особенности поражающего действия токсинов

Микробные токсины - продукты жизнедеятельности некоторых видов бактерий, обладающие высокой токсичностью. При попадании с пищей, водой в организм человека, животных эти продукты вызывают тяжелые, часто со смертельным исходом отравления.

Наиболее опасным из известных бактериальных токсинов является ботулинический токсин, приводящий при отсутствии своевременного лечения к смертельным исходам в 60-70% случаев. Токсины, особенно в высушенном виде, довольно устойчивы к замораживанию, колебаниям относительной влажности воздуха и не теряют в воздухе своих поражающих свойств до 12 ч. Разрушаются токсины при длительном кипячении и воздействии дезинфицирующих веществ.

При попадании в организм определенного количества токсина он вызывает форму заболевания, называемую отравлением или интоксикацией.

Проникновение токсинов в организм происходит в основном тремя путями: через желудочно-кишечный тракт, раневую поверхность и легкие. Из места первичного проникновения они разносятся кровью по всем органам и тканям. Находящийся в крови токсин частично подвергается обезвреживанию специальными клетками иммунной системы или специфическими антителами, которые вырабатываются организмом в ответ на внедрение токсина. Кроме этого, процесс детоксикации идет в печени, куда токсин попадает с током крови. Выведение обезвреженного токсина из организма в большинстве случаев осуществляется почками.

Проявления токсического действия микробных токсинов различны и связаны с преимущественным поражением ими тех или иных органов и теми изменениями в организме, которые возникают из-за нарушения функции этих органов.

Отдельные токсины, поражают нервную ткань, блокируют проведение импульсов по нервным волокнам, нарушая регулирующее влияние нервной системы на мышцы, в результате чего развиваются параличи.

Другие токсины, действующие преимущественно в кишечнике, нарушают в нем процесс всасывания жидкости, которая наоборот, выходит при этом в просвет кишки, вследствие чего развиваются поносы и обезвоживание организма.

Кроме этого, токсины действуют на различные внутренние органы, куда проникают с кровью, нарушая сердечную деятельность, функции печени, почек. Ряд токсинов, находясь в крови, способен оказывать прямое повреждающее действие на клетки крови и кровеносные сосуды, нарушать процессы свертывания крови.

Тема: «Биологические системы: принципы функционирования»

Цели урока :

Обогатить мировоззрение учащихся междисциплинарным синергическим подходом в изучении живого; определить основные принципы самоорганизации, критерии построения саморазвивающейся среды, установить условия устойчивого развития в изменяющемся мире;
- конкретизировать естественнонаучную картину мира примером функционирования живых систем, познакомить учащихся с принципами организации живой и неживой систем;
- использование диалога как эффективного способа осуществления рефлексии

Пояснительная записка

«Разум, хорошо упорядоченный, дороже разума, хорошо упакованного»
М. Монтень

Ключевые идеи:

Мы живем в мире неустойчивых процессов с нарушенной симметрией между прошлым и будущим;
- в открытой системе каждый человек рассматривается, как неповторимая индивидуальность, инициирующая и организующая свой уникальный процесс освоения мира;
- синергетический подход, опирающийся на универсальную эволюционную картину мира, способствует стиранию границ между естественнонаучным и гуманитарным знанием;

Занятие построено на принципах технологии диалогового обучения и воспитания (научности, адресности, креативности). Занятие включает разнообразные виды диалога: внешний – презентации учащихся (позволяет структурировать информацию, обеспечивает расширение, приращение знаний о системном подходе в изучении живого), внутренний - диалог со своим внутренним «я» учителя и ученика, выход на уровень осмысленного и осознанного понимания проблемы и диалог «экзистенциональной» направленности - приводит к взаимопониманию и взаимообогощению субъектов общения, развитию личностных качеств, придание обучению развивающей направленности)

Предлагаем презентацию:

Выберите наиболее подходящий из двух вариантов определения:

Базовые свойства систем, отражающие схему функционирования, сводятся к следующему:

Системы

Система – это:

• 1) целое, созданное из частей и элементов целенаправленной деятельности и обладающее новыми свойствами, отсутствующими у элементов и частей, его образующих;
• 2) объективная часть мироздания, включающая схожие и совместимые элементы, образующие особое целое, которое взаимодействует с внешней средой.

Допустимы и многие другие определения. Общим в них является то, что система есть некоторое правильное сочетание наиболее важных, существенных свойств изучаемого объекта.
Признаками системы являются множество составляющих ее элементов, единство главной цели для всех элементов, наличие связей между ними, целостность и единство элементов, наличие структуры и иерархичности, относительная самостоятельность и наличие управления этими элементами. Термин «организация» в одном из своих лексических значений означает также «систему», но не любую систему, а в определенной мере упорядоченную, организованную.
Система может включать большой перечень элементов и ее целесообразно разделить на ряд подсистем.

Подсистема – набор элементов, представляющих автономную внутри системы область (экономическая, организационная, техническая подсистемы).

Большие системы (БС) – системы, представляемые совокупностью подсистем постоянно уменьшающегося уровня сложности вплоть до элементарных подсистем, выполняющих в рамках данной большой системы базовые элементарные функции.

Система обладает рядом свойств.

Свойства системы – это качества элементов, дающие возможность количественного описания системы, выражения ее в определенных величинах.
Базовые свойства систем сводятся к следующему:

• – система стремится сохранить свою структуру (это свойство основано на объективном законе организации – законе самосохранения);
• – система имеет потребность в управлении (существует набор потребностей человека, животного, общества, стада животных и большого социума);
• – в системе формируется сложная зависимость от свойств входящих в нее элементов и подсистем (система может обладать свойствами, не присущими ее элементам, и может не иметь свойств своих элементов). Например, при коллективной работе у людей может возникнуть идея, которая бы не пришла в голову при индивидуальной работе; коллектив, созданный педагогом Макаренко из беспризорных детей, не воспринял воровства, матерщины, беспорядка, свойственных почти всем его членам.

Помимо перечисленных свойств большие системы обладают свойствами эмерджентности , синергичности и мультипликативности .

Свойство эмерджентности – это

• 1) одно из первично-фундаментальных свойств больших систем, означающее, что целевые функции отдельных подсистем, как правило, не совпадают с целевой функцией самой БС;
• 2) появление качественно новых свойств у организованной системы, отсутствующих у ее элементов и не характерных для них.

Свойство синергичности – одно из первично-фундаментальных свойств больших систем, означающее однонаправленность действий в системе, которое приводит к усилению (умножению) конечного результата.

Свойство мультипликативности – одно из первично-фундаментальных свойств больших систем, означающее, что эффекты, как положительные, так и отрицательные, в БС обладают свойством умножения.
Каждая система имеет входное воздействие, систему обработки, конечные результаты и обратную связь (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема функционирования системы

Классификация систем может быть проведена по различным признакам, однако основной является группировка их в трех подсистемах: технической, биологической и социальной.

Техническая подсистема включает станки, оборудование, компьютеры и другие работоспособные изделия, имеющие инструкции для пользователя. Набор решений в технической системе ограничен и последствия решений обычно предопределены. Например, порядок включения и работы с компьютером, порядок управления автомобилем, методика расчета мачтовых опор для ЛЭП, решение задач по математике и др. Такие решения носят формализованный характер и выполняются в строго определенном порядке. Профессионализм специалиста, принимающего решения в технической системе, определяет качество принятого и выполненного решения. Например, хороший программист может эффективно использовать ресурсы компьютера и создавать качественный программный продукт, а неквалифицированный может испортить информационную и техническую базу компьютера.

Биологическая подсистема включает флору и фауну планеты, в том числе относительно замкнутые биологические подсистемы, например муравейник, человеческий организм и др. Эта подсистема обладает большим разнообразием функционирования, чем техническая. Набор решений в биологической системе также ограничен из-за медленного эволюционного развития животного и растительного мира. Тем не менее последствия решений в биологических подсистемах часто оказываются непредсказуемыми. Например, решения врача, связанные с методами и средствами лечения пациентов, решения агронома о применении тех или иных химикатов в качестве удобрений. Решения в таких подсистемах предполагают разработку нескольких альтернативных вариантов и выбор лучшего из них по каким-либо признакам. Профессионализм специалиста определяется его способностью находить лучшее из альтернативных решений, т.е. он должен правильно ответить на вопрос: что будет, если..?

Социальная (общественная) подсистема характеризуется наличием человека в совокупности взаимосвязанных элементов. В качестве характерных примеров социальных подсистем можно привести семью, производственный коллектив, неформальную организацию, водителя, управляющего автомобилем, и даже одного отдельного человека (самого по себе). Эти подсистемы существенно опережают биологические по разнообразию функционирования. Набор решений в социальной подсистеме характеризуется большим динамизмом, как в количестве, так и в средствах и методах реализации. Это объясняется высоким темпом изменения сознания человека, а также нюансов в его реакциях на одинаковые однотипные ситуации.

Перечисленные виды подсистем обладают различным уровнем неопределенности (непредсказуемости) в результатах реализации решений (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Соотношение неопределенностей в деятельности различных подсистем

Не случайно в мировой практике легче получить статус профессионала в технической подсистеме, значительно труднее – в биологической и чрезвычайно трудно – в социальной!
Можно привести очень большой список выдающихся конструкторов, изобретателей, рабочих, физиков и других специалистов-техников; значительно меньше – выдающихся врачей, ветеринаров, биологов и т.д.; на пальцах можно перечислить выдающихся руководителей государств, организаций, глав семей и т.д.

Среди выдающихся личностей, работавших с технической подсистемой, достойное место занимают: И. Кеплер (1571–1630) – немецкий астроном; И. Ньютон (1643–1727) – английский математик, механик, астроном и физик; М.В. Ломоносов (1711–1765) – российский естествоиспытатель; П.С. Лаплас (1749–1827) – французский математик, астроном, физик; А. Эйнштейн (1879–1955) – физик-теоретик, один из основателей современной физики; С.П. Королев (1906/07–1966) – советский конструктор и др.
Среди выдающихся ученых, работавших с биологической подсистемой, можно назвать следующих: Гиппократ (ок. 460 – ок. 370 до н. э.) – древнегреческий врач, материалист; К. Линней (1707–1778) – шведский естествоиспытатель; Ч. Дарвин (1809–1882) – английский естествоиспытатель; В.И. Вернадский (1863–1945) – естествоиспытатель, гео- и биохимик и др.
Среди персоналий, работавших в социальной подсистеме, нет общепризнанных лидеров. Хотя по ряду признаков к ним относят российского императора Петра I, американского бизнесмена Г. Форда и других личностей.
Социальная система может включать биологическую и техническую подсистемы, а биологическая – техническую (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Взаимодействие подсистем

Социальные, биологические и технические системы могут быть: искусственными и естественными, открытыми и закрытыми, полностью и частично предсказуемыми (детерминированные и стохастические), жесткими и мягкими. В дальнейшем классификация систем будет рассматриваться на примере социальных систем.
Искусственные системы создаются по желанию человека или какого-либо общества для реализации намеченных программ или целей. Например, семья, конструкторское бюро, студенческий профсоюз, предвыборное объединение.
Естественные системы создаются природой или обществом. Например, система мироздания, циклическая система землепользования, стратегия устойчивого развития мировой экономики.
Открытые системы характеризуются широким набором связей с внешней средой, сильной зависимостью от нее. Например, коммерческие фирмы, средства массовой информации, органы местной власти.
Закрытые системы характеризуются главным образом внутренними связями и создаются людьми или компаниями для удовлетворения потребностей и интересов преимущественно своего персонала, компании или учредителей. Например, профсоюзы, политические партии, масонские общества, семья на Востоке.
Детерминированные (предсказуемые) системы функционируют по заранее заданным правилам, с заранее определенным результатом. Например, обучение студентов в институте, производство типовой продукции.
Стохастические (вероятностные) системы характеризуются трудно предсказуемыми входными воздействиями внешней и (или) внутренней среды и выходными результатами. Например, исследовательские подразделения, предпринимательские компании, игра в русское лото.
Мягкие системы характеризуются высокой чувствительностью к внешним воздействиям, а вследствие этого – слабой устойчивостью. Например, система котировок ценных бумаг, новые организации, человек при отсутствии твердых жизненных целей.
Жесткие системы – это обычно авторитарные, основанные на высоком профессионализме небольшой группы руководителей организации. Такие системы обладают большой устойчивостью к внешним воздействиям, слабо реагируют на небольшие воздействия. Например, церковь, авторитарные государственные режимы.
Кроме того, системы могут быть простыми и сложными, активными и пассивными.

Приложения

Дается характеристика систем, их особенностей, уровней организации. Особо выделяются исторические персоналии, внесшие вклад в развитие систем.

Сравните живые и неживые системы.

Заполните таблицу:

Признаки систем	Живые системы	Неживые системы
Химический состав	Идентичные	элементы ПСЭ
	Элементы-органогены: 99% химического состава приходится на 4 элемента - С-углерод, O-кислород, N-азот, H-водород; Микроэлементы - от 0,001% до 0,000001% - (ванадий, германий, йод (входит в состав тироксина, гормона щитовидной железы), кобальт (витамин В12), марганец, никель, рутений, селен, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк (инсулин поджелудочной железы) и др.) Ультрамикроэлементы - меньше 0,000001%. живые организмы построены в основном из 4 крупных групп сложных органических молекул - нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов и жиров;	Земная кора Мантия Элемент Концентрация (%) O 44,8 Si 21,5 Mg 22,8 Fe 5,8 Al 2,2 Ca 2,3 Na 0,3 K 0,03
Взаимодействия с внешним миром	Организмы поглощают из окружающей среды необходимые для жизни вещества и выделяют продукты жизнедеятельности, при этом происходят химические превращения веществ.	Обмен веществами представляет собой их простой перенос с одного места на другое или изменение агрегатного состояния.
Развитие	Осуществляют обмен веществ в постоянном неравновесном состоянии; Находится в состоянии динамического равновесия – поддержание внутренней среды. Развитие осуществляется за счет возрастания общей энергии на всех уровнях строения организма.	Равновесное состояние; Без внешнего воздействия стремится к термодинамическому равновесию, выйти из которого самостоятельно не может.

Клеточный уровень организации живой материи: значение, роль в природе (презентация)

Сообщение ученика по интересующей его теме: «Нация как проявление пространственной организации жизни»

Жизнь – это поток событий, обеспеченный определенной пространственной организацией.

Как сказал В.И. Вернадский, «Быть живым – значит быть организованным».

Одной из форм пространственной организации жизни является нация, которая формируется вследствие взаимодействия группы людей с окружающей средой.

Нацию определяют три признака: язык, историческая память, и территория, на которой эта нация живет. Любая система лишь тогда выживает, когда ее составные части несут достаточно информации, чтобы приспособиться к вечно изменяющимся условиям нашей планеты. Для человечества это означает, что каждый народ должен обрести свой неповторимый опыт, он же откладывается в культурных достижениях, которые могут оказаться нужными всем. Обратимся к такому примеру: Япония.

Японцы учат всех нас приспосабливаться к условиям «космического корабля», когда всего мало – естественных ресурсов, пространства, - все надо беречь, а потому каждый должен воспитывать в себе скромность в личных потребностях. С Японии к нам пришла икебана- искусство изысканных композиций из минимального количества естественного материала; короткий стих, передающий неповторимость мгновения, - хокку, и обряд чайной церемонии, когда всем надлежит любоваться и радоваться всему, что тебя окружает.

Вопрос классу:

Изобразите уровни организации живого, известные Вам из курса биологии. Определите, какой уровень организации (система) заинтересовал вас как объект дальнейшего изучения?

- 52.55 Кб

по дисциплине «Концепция современного естествознания»

на тему: «Биологические системы и их основные свойства»

Санкт-Петербург 2012

Введение………………………………………………………… ……………….3

1. Биологические системы…………………………………………………….4

2. Виды биологических систем……………………………………………….5

3. Свойства биологических систем……………………………………………7

3.1. Итеративность…………………………………………… …………….7

3.2. Дискретность……………………………………………… …………….7

3.3. Наследственность и изменчивость………………………………….8

3.4. Раздражимость…………………………………………… …………….8

3.5. Возбудимость……………………………………………… …………….9

3.6. Адаптация……………………………………………………… ……….9

3.7. Способность к самовоспроизведению…………………………… …9

4. Основные уровни иерархии биологических систем… ………………….11

4.1. Молекулярно-генетический уровень……………………………….12

4.2. Клеточный уровень……………………………………………………12

4.3. Онтогенетический уровень. Многоклеточные организмы……….14

4.4. Популяционно-видовой уровень…………………………………….15

4.5. Биоценотический уровень…………………………………………….16

4.6. Биогеоценотический уровень…………………………………………17

4.7. Биосферный уровень………………………………………………….18

Заключение…………………………………………………… ……………….19

Библиографический список………………………………………………….21

Введение

В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит именно системный подход, согласно которому любой объект материального мира может быть рассмотрен как сложное образование, включающее составные части, организованные в целое. Для обозначения этой целостности в науке выработано понятие системы.

Под системой понимают внутреннее (или внешнее) упорядоченное множество взаимосвязанных элементов, проявляющее себя как нечто единое по отношению к другим объектам или внешним условиям.

Степень взаимодействия частей системы друг с другом может быть различной. Кроме того, любой предмет или явление окружающего мира, с одной стороны, может входить в состав более крупных и масштабных систем, а с другой стороны - сам являться системой, состоящей из мелких элементов и составных частей. Все предметы и явления окружающего нас мира могут изучаться и как элементы систем, и как целостные системы, а системность является свойством мира, в котором мы живем

Рассматривая строение системы, в ней можно выделить следующие компоненты: подсистемы и части (элементы).

Подсистемы являются крупными частями систем, обладающими самостоятельностью. Разница между элементами и подсистемами достаточно условна, если отвлечься от их размера.

В качестве примера можно привести человеческий организм, безусловно, являющийся системой. Его подсистемами являются нервная, пищеварительная, дыхательная, кровеносная и другие системы. В свою очередь, они состоят из отдельных органов и тканей, которые являются элементами человеческого организма. Но мы можем рассматривать в качестве самостоятельных систем выделенные нами подсистемы, в таком случае подсистемами будут органы и ткани, а элементами системы - клетки.

Таким образом, системы, подсистемы и элементы находятся в отношениях иерархического соподчинения .

1. Биологические системы

Биологическая система представляет собой совокупность, упорядочение взаимодействующих и взаимозависимых элементов, образующих единое целое, выполняющее определенную функцию и взаимодействующее со средой и другими системами.

Еще Гегель призывал рассматривать природу как систему ступеней, каждая из которых вытекает из другой. Биологические системы - это клетка, ткань, орган, аппарат, система органов, организм, популяция, экосистема.

Особенности биологических систем:

• биологическая система выполняет определенную функцию (биохимическую, физиологическую)
• биологическая система обладает свойствами целостности (несводимость свойств системы к сумме свойств ее элементов)
• биологическая система состоит из подсистем
• она непрерывно изменяется по сигналам обратной связи (способна к адаптации)
• обладает относительной устойчивостью, способна к развитию и самовоспроизведению.

Уровень организации живой материи - это относительно гомогенные биологические системы, для которых характерны определенный тип взаимодействия элементов, пространственный и временной масштабы процессов.

Это функциональное место биологической системы в общей системе живой материи. Концепция об уровнях организации живой материи - это концепция о дифференциации живого вещества планеты на дискретные, соподчиненные структурные множества, которая сложилась в середине XX века.

В живой природе биологические системы подчиняются принципу иерархичности: уровни организации образуют сложную пирамиду соподчинения - за каждым структурным уровнем следует очередной уровень, но более высокого ранга. Каждый уровень характеризуется специфическими взаимодействиями компонентов и особенностями взаимоотношений с ниже и вышерасположенными системами .

2. Виды биологических систем

С позиций системного подхода биологические объекты условно подразделяются на корпускулярные (дискретные) и «жесткие» системы.

Корпускулярные (дискретные) системы состоят из множества относительно автономных и в определенной мере взаимозаменяемых единиц. При этом связи между элементами множества могут быть слабыми или практически отсутствовать. Главным системообразующим фактором является их отношение к среде, которое «заставляет» их вести себя сходным образом (особи в популяции, форменные элементы в потоке крови, гены в генофонде вида).

Такие системы отличаются большой пластичностью: в силу относительной независимости их элементы способны к разнообразным перестановкам и комбинаторике. Благодаря этим свойствам значительно облегчается приспособление систем к ненаправленно изменяющимся условиям среды. Процессы отбора в них протекают с высокой эффективностью.

«Жесткие» системы характеризуются жестко фиксированными (не в механическом, а в организационном смысле) связями между составляющими их элементами и подсистемами. При этом функциональная полноценность каждой части системы является необходимым условием функционирования системы в целом.

Как правило, уровень организации таких систем значительно превосходит таковой составляющих их частей. Однако, в плане гибкости, способности к быстрым перестройкам они уступают корпускулярным системам. При полной «жесткости» связей эффективность функционирования такого рода систем определяется «принципом наименьших», согласно которому в системе имеется наиболее слабое звено, лимитирующее ее «жизнедеятельность» (пр.: ферментативные ансамбли метаболизма, системы органов животных и человека).

В действительности эти два полярных типа систем в « чистом» виде почти не встречаются. При анализе сложных биологических объектов (биоценозы, многоклеточные организмы и др.) выявлено несколько способов их гармоничного сочетания.

При первом способе имеет место закономерное чередование корпускулярного и жесткого типов организации при переходе от низших структурных уровней к более высоким: диплоидный набор хромосом (корпускулярность), взаимоотношения ядра, цитоплазмы и плазмалеммы (жесткие связи), множество клеток одной ткани (корпускулярность), взаимоотношения определенных тканевых структур в органе (жесткие связи), набор органов (корпускулярность), взаимоотношения систем органов (жесткие связи), множество особей одного пола (корпускулярность), взаимодополняемость полов (жесткие связи).

Другой способ совмещения корпускулярного и «жесткого» принципов организации реализуется в биологических системах «звездного» типа, причем, на одном структурном уровне.

В «центре» такой системы находится орган (как правило, характеризующийся эволюционной консервативностью), связанный тесными связями с определенным множеством «периферических» органов (признак «жестких» систем). Вместе с тем «периферические» органы, находясь в зависимости от «центрального», совершенно независимы друг от друга, прежде всего, в эволюционном плане. Это означает, что структуры, располагающиеся на периферии «звездных» систем, могут свободно эволюционировать и приводить к совершенно различным эволюционным результатам (признак корпускулярных систем).

Примером может служить эндокринная система позвоночных животных. Так, «ось» гипоталамус - гипофиз - половые железы (центр системы) определяет развитие вторичных половых признаков - рога у оленей, грива у львов, характерное оперение у птиц, голосовой аппарат и гребень - у земноводных, яркая расцветка - у рыб (периферия системы) .

По типу взаимодействия с окружающей средой системы делятся на открытые и закрытые.

Открытыми являются системы реального мира, обязательно обменивающиеся веществом, энергией или информацией с окружающей средой.

Закрытые системы не обмениваются ни веществом, ни энергией, ни информацией с окружающей средой. Это понятие является абстракцией высокого уровня и, хотя существует в науке, реально не существует, так как в действительности никакая система не может быть полностью изолирована от воздействия других систем. Поэтому все известные в мире системы являются открытыми.

По составу системы можно разделить на материальные и идеальные. Биологические системы относятся к материальным системам .

3. Свойства биологических систем

Системный подход к биологическим объектам позволил выявить ряд присущих им характерных особенностей. Обмен веществ между элементами (подсистемами) внутри системы и системой и окружающей средой, организованный во времени и в пространстве и сопровождающийся преобразованием элементов системы; рециркуляция веществ на всех уровнях организации системы.

3.1. Итеративность

Итеративность - многократное повторение одной и той же операции (размножение организмов, репликация нуклеиновых кислот, циклы биохимических реакций, ферментативный катализ и др.).

3.2. Дискретность

Биосистемы состоят из набора относительно автономных структурных единиц различного ранга. Их разнообразные функции обеспечиваются путем комбинации небольшого числа стандартных функциональных блоков - идентичных для большинства организмов молекул и надмолекулярных комплексов.

Дискретность биологических систем во времени заключается в том, что время их существования конечно. Важной особенностью временной организации биологических систем является то, что продолжительность существования составляющих их подсистем и элементов, как правило, значительно различаются. При этом наблюдается следующая закономерность: чем ниже ранг подсистемы (элемента), тем короче время ее (его) жизни.

Однако прекращение существования подсистемы (элемента) как физической единицы не означает более или менее быстрое исчезновение множества элементов, членом которого она (он) является. Их количественный баланс и качественные характеристики поддерживаются сформировавшимися в эволюции специальными механизмами (размножение, физиологическая регенерация и др.), благодаря чему и обеспечивается целостность и преемственность биологических систем во времени.

Наиболее наглядно эта закономерность прослеживается на организменном (онтогенетическом) уровне организации живой природы. Смерть является неизбежным финалом индивидуального развития отдельных особей. Вместе с тем, благодаря их способности к размножению вид, который они представляют, может существовать длительное время. Избыток структурных элементов и связей между ними позволяет повысить надежность биосистем и их устойчивость к повреждающим факторам, а также обеспечить им свойство пластичности - способности легко переходить из одного режима функционирования в другой.

Описание работы

Степень взаимодействия частей системы друг с другом может быть различной. Кроме того, любой предмет или явление окружающего мира, с одной стороны, может входить в состав более крупных и масштабных систем, а с другой стороны - сам являться системой, состоящей из мелких элементов и составных частей. Все предметы и явления окружающего нас мира могут изучаться и как элементы систем, и как целостные системы, а системность является свойством мира, в котором мы живем. Рассматривая строение системы, в ней можно выделить следующие компоненты: подсистемы и части (элементы).

Содержание

Введение………………………………………………………………………….3
1. Биологические системы…………………………………………………….4
2. Виды биологических систем……………………………………………….5
3. Свойства биологических систем……………………………………………7
3.1. Итеративность………………………………………………………….7
3.2. Дискретность…………………………………………………………….7
3.3. Наследственность и изменчивость………………………………….8
3.4. Раздражимость………………………………………………………….8
3.5. Возбудимость…………………………………………………………….9
3.6. Адаптация……………………………………………………………….9
3.7. Способность к самовоспроизведению………………………………9
4. Основные уровни иерархии биологических систем…………………….11
4.1. Молекулярно-генетический уровень……………………………….12
4.2. Клеточный уровень……………………………………………………12
4.3. Онтогенетический уровень. Многоклеточные организмы……….14
4.4. Популяционно-видовой уровень…………………………………….15
4.5. Биоценотический уровень…………………………………………….16
4.6. Биогеоценотический уровень…………………………………………17
4.7. Биосферный уровень………………………………………………….18
Заключение…………………………………………………………………….19
Библиографический список………………………………………………….21