Уровни организации живой природы

Жизнь характеризуется диалектическим единством противоположностей: она одновременно целостна и дискретна (от лат. discretus – прерывистый). Органический мир целостен, так как составляет систему взаимосвязанных частей (существование одних организмов зависит от других), и в то же время дискретен. Он состоит из единиц – организмов, или особей. Каждый живой организм дискретен, так как состоит из органов, тканей, клеток, но вместе с тем каждый из органов, обладая определенной автономностью, действует как часть целого. Каждая клетка состоит из органоидов, но функционирует как единое целое. Наследственная информация осуществляется генами, но ни один из генов вне всей совокупности не определяет развитие признака и т. д. Жизнь связана с молекулами белков и нуклеиновых кислот, но только их единство, целостная система обусловливает существование живого.

С дискретностью жизни связаны различные уровни организации органического мира. Первые представления о системах и уровнях их организации были заимствованы из опыта изучения живой природы и даже сейчас для иллюстраций системного подхода часто обращаются именно к живым системам, рассмотрению отдельных подсистем и элементов, выявлению различных структурных уровней организации живой природы.

На разную степень организации живой природы обращали внимание ученые разных времен. В середине XX в. в биологии сложились представления об уровнях организации как конкретном выражении упорядоченности, являющейся одним из основных свойств живого.

Уровни организации живой природы можно определить как дискретные состояния биологических систем, характеризуемые соподчиненностью, взаимосвязанностью, специфическими закономерностями.

В соответствии с данной концепцией структурные уровни различаются не только по классам сложности, но и по закономерностям функционирования. При этом каждый новый уровень характеризуется особыми свойствами и закономерностями прежнего, низшего уровня. Каждый организм, с одной стороны, состоит из единиц подчиненных ему уровней организации (органов, клеток, молекул), с другой – сам является единицей, входящей в состав надорганизменных биологических макросистем (популяций, биоценозов, биосферы в целом). На всех уровнях жизни проявляются такие ее атрибуты, как дискретность и целостность, структурная организация (упорядоченность), обмен веществом, энергией и информацией и т.д. Характер проявления основных свойств жизни на каждом из уровней имеет качественные особенности.

Существование жизни на всех уровнях подготавливается и определяется структурой низшего уровня. Характер клеточного уровня организации определяется молекулярным и субклеточным уровнями, организменный – клеточным, тканевым, органным, популяционно-видовой – организменным и т. д. Следует отметить большое сходство дискретных единиц на низших уровнях и все возрастающее различие на высших уровнях.

Рассмотрим кратко основные уровни организации живой природы.

Молекулярный уровень

Молекулярный уровень – это уровень функционирования биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов) и других важных органических соединений, являющийся началом основных процессов жизнедеятельности (обмена веществ и энергии, хранения и передачи наследственной информации). На молекулярном уровне обнаруживается удивительное однообразие дискретных единиц. Жизненный субстрат для всех животных, растений, вирусов составляет всего 20 одних и тех же аминокислот и 4 одинаковых азотистых основания, входящих в состав молекул нуклеиновых кислот. Близкий состав имеют липиды и углеводы. У всех организмов биологическая энергия запасается в виде богатых энергией аденозинфосфорных кислот (АТФ, АДФ, АМФ). Наследственная информация у всех живых организмов заложена в молекулах ДНК. Реализация наследственной информации осуществляется при участии молекул РНК. В связи с тем, что с молекулярными структурами связано хранение, изменение и реализация наследственной информации, этот уровень иногда называют молекулярно-генетическим.

Клеточный уровень

Клеточный уровень – это уровень, связанный со структурной и функциональной единицей всех живых организмов– клеткой. На клеточном уровне также отмечается однотипность всех живых организмов. У всех организмов только на клеточном уровне возможен биосинтез и реализация наследственной информации. Клеточный уровень у одноклеточных организмов совпадает с организменным. В истории жизни на нашей планете был такой период (первая половина архейской эры – 3,5 млрд. лет назад), когда все организмы находились на этом уровне организации.

Органно-тканевый уровень

Тканевый уровень возник вместе с появлением многоклеточных животных и растений, имеющих дифференцированные ткани. Ткань представляет собой совокупность сходных по строению клеток, объединенных выполнением общей функции. Большое сходство между всеми живыми организмами сохраняется на тканевом уровне. Всего лишь 5 основных тканей входят в состав органов всех многоклеточных животных и 6 основных тканей образуют органы растений.

Совместно функционирующие клетки, относящиеся к разным тканям, составляют органы. Например, кожа человека как орган включает эпителий и соединительную ткань, которые вместе выполняют целый ряд функций; среди них наиболее значительная – защитная.

Организменный уровень

Организменный уровень связан с функционированием живого организма как единого целого. Единицей организменного уровня является особь, которая рассматривается как живая система от момента ее зарождения до смерти. На организменном уровне обнаруживается труднообозримое многообразие живых организмов. В настоящее время на Земле обитает более миллиона видов животных и около полумиллиона видов высших растений. Каждый вид состоит из отдельных индивидуумов, особей.

Популяционно-видовой уровень

Популяционно-видовой уровень связан с совокупностью живых организмов одного вида, объединенных общим местом обитания и составляющих популяцию. Видом называют совокупность особей, сходных по строению и физиологическим свойствам, имеющих общее происхождение, могущих свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство.

Популяционный уровень начинается с изучения взаимосвязи и взаимодействия между особями одного вида, которые имеют один генофонд, и занимают единую территорию. Популяционный уровень выходит за рамки отдельного организма, и поэтому его относят к надорганизменным уровням организации. По современным воззрениям именно популяции служат элементарными единицами эволюции. Популяции представляют собой незамкнутые открытые системы, которые могут существовать и развиваться только при взаимодействии с другими популяциями.

Определить границу между популяциями чрезвычайно трудно, т.к. в силу подвижности организмов, составляющих популяцию, происходит непрерывное перемешивание ее населения.