Саморегуляция в природе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Саморегуляция в природе

саморегуляция живой организм природа

Сложность и многообразие природы всегда поражали человеческое воображение. Вышедший из природной среды, он интересуется всем, что его окружает. Каждый житель планеты в общении с природой находит много того, что ему близко и что он больше всего ценит.

Любителям уединений и тишины природа способна обеспечить этот идиллический уют, а почитатели эстетики найдут в природной среде удивительные формы и линии, прекрасные краски и звуки. Недаром считается, что чарующая природа - лучшая среда для творчества и вдохновенья поэтов, музыкантов, художников. «Красив и лес, и поле, и цветы»… Все это прекрасно и заслуживает удивления и восхищения, ибо каждая тайна природы делает человека более естественным, более работоспособным, чутким и удивительно наблюдательным. Наполненный стремлением познать как можно больше, человек способен на многое, вплоть до самопожертвования ради поставленной цели.

Такая одержимость многих людей приносит часто удивительные результаты и большие надежды. Человек уже многое знает о природе. И не только об ее красотах и прелестях. Он проник во многие ее тайны, которые, казалось, природа спрятала за «семью замками». И этот процесс проникновения в тайны природы продолжается.

Из всего того, что человек уже знает о природе, наибольший интерес представляют вопросы, связанные с регуляцией жизненных процессов всех живых организмов. Вопросы регуляции заслуживают внимания потому, что в ходе эволюции они совершенствовались вместе с совершенствованием самой жизни на земле. II теперь, когда она достигла такого уровня, что среди множества живых организмов появилось мыслящее существо, этот феномен природы имеет для человека особое значение.

Во-первых, потому, что людям не безразлично знать, как это могло произойти. А во-вторых, зная, что естественная регуляция ведет развитие природы по пути прогресса, возникает соблазн поучиться у «неразумной природы» и подобным образом организовать свою «разумную» деятельность.

В этом сложном деле есть и трудности, которые заключаются в том, что мы, в данном случае, имеем дело с многомиллиардным опытом развития природы, обобщить который - дело не простое. Но есть и обнадеживающие моменты. Это, прежде всего, разум, как высшая форма существования материи, который в своем развитии не имеет предела. Только человеческий разум способен не только понять прошлое, но и организовать будущее ради сохранения жизни на Земле.

Человечество должно учиться у природы самоорганизации и саморегуляции жизненных процессов на различных уровнях жизни и социальной деятельности. Для этого мы, прежде всего, должны взять от природы и положить в основу своего дальнейшего развития все то нужное и необходимое, все то, что соответствует социальной жизни общества, разумно исключив все, что не подходит или мало подходит для мыслящих существ. Здесь должно в разумных отношениях учитываться и использоваться как биологическое, так и социальное в человеке, чтобы социальное совершенствовало биологическое, а познание биологических законов способствовало лучшей организации социального.

Только на основе использования такого взаимовлияния и появится возможность целенаправленно развивать не только социальные структуры общества, но и совершенствовать биологическое в человеке. Этот момент представляется очень важным, так как на более совершенном биологическом базисе будет развиваться и более совершенная социальная надстройка. Такое взаимовлияние и обеспечило развитие жизни на Земле от простейших ее форм до мыслящего существа, которым является человек.

Получив от природы такое преимущество над всем остальным миром, человек по своей наивности и недомыслию долгое время считал себя властителем природы и не задумывался над тем, что он, как и все другие собратья по жизни, является таким же биологическим существом. А если это так, то, как и все живое на земле, человек должен стать равноправным членом сложноорганизованной структуры - биосферы, которая является целостным образованием, включая в себя все живое, существующее на Земле.

Являясь сверхорганизмом на планете, биосфера обладает и сверхгигантскими возможностями саморегуляции, которая поддерживает ее в относительно устойчивом состоянии.

Устойчивость достигается в основном за счет того, что природа в ходе эволюции отработала процессы саморегуляции на различных уровнях организации жизни. Принцип организации и саморегуляции естественных систем, от ее самых простейших основополагающих структур до сверхорганизма биосферы, является индивидуально-общественным. Это значит, что каждая структура, на каком бы уровне организации она ни находилась, обладает своей индивидуальностью и, в то же время, вместе с другими, подобными структурами, составляет целостный живой организм или систему организмов, способную к непрерывному самообновлению и прогрессу.

Концепция структурных уровней организации жизни была сформирована в работах Г. Брауна в 1917 году и Р. Селларса в 1933 году. В настоящее время она прочно вошла в состав биологических наук, но дискуссии вокруг этого щекотливого вопроса продолжаются, и пока что сама концепция имеет еще далеко не законченный вид. А о том, чтобы связать биологические принципы организации живых существ и положить в основу развития социальной жизни общества, пока на эту тему речь не идет. Да и, на первый взгляд, что тут общего или что из этого можно извлечь?

И, тем не менее, разобравшись в вопросах организации жизни вообще, можно многое использовать для социального развития общества. В этом плане и видится автору перспектива в организации социальной жизни общества, основанная на углубленном изучении структурных уровней организации живого вещества биосферы. Эта перспектива подкупает еще и тем, что по мере накопления знаний о биосфере все яснее просматривается связь между развитием жизни и уровнем организации живого.

В книге «Становление человечества» В.П. Алексеев по этому вопросу приводит следующее рассуждение. Цитирую в сокращении: «Представим себе всю видимую Вселенную структурно неорганизованной. Это означает, что она заполнена аморфной материей. В этой бесструктурной среде любой физический закон распространяет свое действие на всю Вселенную без ограничений. Но при громадных размерах Вселенной действие любого закона на расстоянии будет запаздывать, и Вселенная, следовательно, придет в неустойчивое состояние.

Таким образом, в общей форме можно сделать вывод о том, что возникновение структуры, организованности - одновременно шаг к стабилизации и к относительно стационарному состоянию».

Нам теперь сложно представить окружающую природу в виде такой вот аморфной материи, структурно неорганизованной и не имеющей механизмов регуляции. Все окружающее нас живое поражает своей целесообразностью, и настолько совершенной, а часто и очень мудрой, что возложить это на силы самой природы долгое время казалось сверхвозможным и думалось, что без воли творца здесь не обошлось. И, тем не менее, знание законов развития живой природы дает возможность нам убедиться в ее могуществе и созидании с одной стороны, и слабости и уязвимости с другой.

В современной биологии уже существует несколько подходов к выделению структурных уровней организации живого вещества биосферы. Существует и несколько схем, отражающих наблюдаемые факты структурной дифференциации живой природы. Нет необходимости подробно анализировать эти схемы, а есть необходимая потребность выделения структурных уровней живой природы для того, чтобы на отработанной на протяжении многих миллионолетий природных механизмах, создать социальную структуру, способную вписаться в глобальную систему живых существ нашей планеты.

1. Молекулярный уровень саморегуляции.

Важным этапом в эволюции нашей планеты стал абиогенный синтез органических молекул, которые, вступая во взаимодействие друг с другом, образовывали более сложные соединения. В течение миллионов лет возникали и разрушались бесчисленные варианты новых соединений. Любая новая возникшая структура обладает и новыми физическими и химическими свойствами, проявляющимися в определенных условиях среды. Это означает, что среда активизирует те свойства молекул, которые соответствуют данным сложившимся условиям.

На определенном этапе развития Земли от сложившихся на ней условий окружающей среды зависело дальнейшее развитие и формирование структур, ставших впоследствии живыми. В этих структурах среда стимулировала, вызывала к деятельности, заложенные в них физические и химические свойства, которые, в соответствии с постоянно меняющимися условиями, изменялись и создавали более сложные структуры, а они, в свою очередь, изменяли и окружающую среду.

Запущенный таким образом механизм, продолжает работать и по сей день. Вначале он работал медленно, но постепенно стал набирать обороты, и развитие жизни ускорило свой бег.

На самых ранних этапах ее развития процессы регуляции осуществлялись только за счет физических и химических свойств органических молекул. По мере усложнения жизни возникали специализированные структуры - регуляторы биохимических реакций. К ним относятся, прежде всего, белки - катализаторы, которые обеспечивают ускорение химических реакций в десятки и сотни миллионов раз. Возникновение таких возможностей сыграло исключительную роль в ускорении эволюционного процесса. Возросшие возможности давали, соответственно, возросшие количественные и качественные результаты.

Позднее эволюция «позаботилась» о создании еще более надежных и еще более совершенных систем регуляции. Появление структур типа современных молекул ДНК и РНК, обладающих возможностью матричного синтеза, упорядочило воспроизводство биологических структур. Считается, что на этом этапе развития материи возникшие структуры стали живыми, так как обладали способностью к самообновлению. Эта способность связана с тем, что нуклеиновые кислоты ДНК и РНК содержат генетическую информацию, которая передается к месту синтеза белка. На их структурах запрограммирована белковая структура, от которой зависят свойства живых организмов различных уровней организации.

Такое представление о нуклеиновых кислотах как общебиологическом регуляторе оставалось основополагающим и незыблемым до тех пор, пока не были открыты инфекционные агенты, вызывающие целый ряд заболеваний у животных и растений, под названием прионы, особенностью строения которых является то, что их структуры состоят только из белка, что в них нет структур, подобных ДНК или РНК, и что они обладают способностью к размножению.

Эта особенность заставила задуматься над общим знаменателем жизни, так как матричный синтез на структурах типа ДНК и РНК, оказывается, является более поздним образованием в развитии жизни. Значит, до этого уровня развития жизни существовала белковая жизнь, обладающая возможностями в определенных условиях строить себе подобные структуры.

Считать прионы неживыми - нет оснований. Они способны к самовоспроизведению себе подобных, активно функционирующих молекул, функция которых проявляется в определенных условиях среды. Подобно прионам, такой же функциональной способностью, в определенных условиях среды, обладают вирусы. Но то, что это живые структуры - сомнений нет, хотя они и не имеют клеточного строения.

Прионы и вирусы являются доклеточными формами жизни, но вирусы поднялись на ступеньку выше. Они стали обладателями небольшого количества нуклеиновой кислоты, то есть определенного количества материала, заключенного в белковую оболочку, которая выполняет защитную роль. Этот организм способен к самовоспроизводству только в определенных условиях. Ими является среда клеток живых организмов.

Вне клеточной среды животных и растений вирусы, как и прионы, жить не могут. Но процессы регуляции функциональной деятельности у них эволюционно выше по сравнению с прионами. В их основе лежит нуклеиновая кислота, дающая возможность упорядочить жизнедеятельность организма, и прежде всего, его структурный уровень, с которым непосредственно связана функциональная деятельность существа, находящегося на следующей, уже более высокой ступени эволюции.

Но развитие жизни не останавливается на достигнутом. Ее дальнейшая эволюция приводит к возникновению еще более совершенных систем регуляции. К ним относятся многочисленные системы генов - модификаторов, включающих пусковые механизмы тех или иных биохимических реакций, и генов - супрессоров, наоборот, подавляющих эти реакции. Такие системы регуляции срабатывают на клеточном и на еще более высоких уровнях жизни.

2. Клеточный уровень саморегуляции.

Клетка, по сравнению с прионами и вирусами, является структурой более совершенной. Она представляет своеобразный симбиоз простейших структур, таких, как митохондрий, пластид, лизосом и других, которые в условиях общеклеточной среды способны к активной функциональной деятельности.

Функциональная деятельность одних органоидов взаимосвязана с деятельностью других, что в целом и обеспечивает клеточной структуре морфологическую и функциональную устойчивость. Эта структура более жизненна по сравнению с вирусами и прионами. А отсюда клетка является не только структурно механической и функциональной ячейкой всего живого, но и представлена в природе целостными, как их принято называть, одноклеточными организмами. Их автономное существование в среде обитания возможно в силу того, что они имеют совершенную функционально-структурную организацию, в основе которой лежат процессы саморегуляции.

Эволюция, создавая клетку, не «искала» новые способы регуляции внутриклеточных процессов. Все, что было создано до нового уровня жизни, и если оно обеспечивало жизнедеятельность структуре и способствовало ее дальнейшему прогрессу, то все это включалось в новые уровни жизни. Поэтому, наряду с новыми и более совершенными структурами, регулирующими клеточные процессы, мы находим и те, которые имели место в доклеточных формах жизни. Только в клеточных структурах активность и масштабность их деятельности несколько возрастает. Например: клеточные биокатализаторы, их чаще называют белками-ферментами, обладают исключительной активностью, и все многообразие химических реакций в клетке не проходит без их участия.

В состав клетки входит около 60 химических элементов, образующих органические и минеральные соединения. Молекулы этих веществ постоянно вступают в химические реакции, и каждая из них катализируется своим основным ферментом. Поэтому клетка в буквальном смысле набита ферментами. Учитывая еще и то, что в клетку постоянно поступает сырье, изготавливается готовая продукция, и выводятся отходы в окружающую среду, то ее можно сравнить с современным химическим предприятием, имеющим высокий уровень механизации и автоматизации процессов производства. Притом это такое предприятие, которое способно еще и реагировать на конъюнктуру потребностей.

Все это происходит, несмотря на то, что механизм, обеспечивающий клеточную деятельность, работает только в определенных условиях, в условиях клеточной среды. Этот механизм, его работа заслуживает внимания потому, что дает возможность на более высоком уровне развития жизни понять процессы регуляции. Этот уровень обладает большими возможностями и в то же время большой неустойчивостью к изменениям среды.

Одноклеточные организмы прошли длинный эволюционный путь, несмотря на то, что зависимость жизнедеятельности клетки от факторов среды исключительно велика. Велики и их адаптационные возможности к факторам среды, которые достигаются за счет быстрой смены поколений.

Новое поколение несет и новые возможности, то есть наследственно закрепленные функционально-структурные модификации. Но, быстро меняющиеся, запредельные факторы среды для этих организмов являются губительными. Их структуры рушатся.

Разрушение целостной клеточной структуры ведет к остановке регулирующих механизмов, в основе которых лежит принцип включения и выключения структур регуляции, обеспечивающих поддержание относительно постоянного состава клетки. Регуляторными механизмами этого процесса являются гены-регуляторы. Они способны контролировать не только качественный состав белков-ферментов, но и их количество в клетке.

Гены-регуляторы - это уже «изобретение» следующего, более высокого уровня жизни, но начало их развития находится на предыдущем уровне. Поэтому связь между ферментами и генами-регуляторами самая, что ни есть прямая.

Гены - регуляторы действуют не путем непосредственного контакта со структурными генами, которые выдают информацию о синтезе определенных полипептидных цепей, а при помощи белка-репрессора, при наличии достаточно накопившихся молекул синтезируемого вещества белок-репрессор, соединяясь с этими молекулами, активизируется и связывается с геном-оператором, непосредственно сцепленным с группой структурных генов. В результате синтез данного вещества прекращается. Белок-репрессор, который свое название получил из-за того, что подавляет деятельность гена-оператора, ставит его в положение «выключено». Но при малом количестве синтезируемых молекул белок-репрессор остается неактивным. В таких условиях действие гена-оперона и структурных генов не подавляется, и синтез будет продолжаться беспрепятственно.

Практически это выглядит следующим образом. Если организм оказался в таких условиях среды, которые требуют ответной реакции его органов на их действие, то на организацию этих реакций тратится энергия, которую выделяют молекулы АТФ вследствие ее распада до АДФ. Этот процесс распада приводит к уменьшению содержания АТФ в клетке, величина которой составляет около 0,04 процента.

Уменьшение концентрации вещества в клетке является сигналом белкам-ферментам, осуществляющим реакции бескислородного и кислородного расщепления глюкозы. В ходе этих реакций выделяется энергия и синтезируется АТФ.

Когда уровень АТФ достигнет нормы, ее синтез притормаживается, потому что белки-ферменты улавливают изменение концентрации химического вещества в клетке, меняют свою структуру и прекращают свою функциональную деятельность. Изменение белками-ферментами своей структуры - процесс обратимый. При расходовании АТФ и, соответственно, снижении ее концентрации, опять включаются реакции расщепления глюкозы.

По этому принципу осуществляются реакции и других веществ в клетке. Все эти процессы являются основным условием поддержания жизнедеятельности клетки, источником ее функционирования в непосредственной связи с окружающей средой, из которой клетка получает различные вещества для реакций диссимиляции и в которую выделяет продукты жизнедеятельности.

Эта связь осуществляется с помощью соответствующих структурных образований (поры), через которые проникают и выделяются ионы, вода и мелкие молекулы других веществ. Более крупные частицы твердых веществ, а также капли жидкости проникают в клетку и выделяются из нее путем фагоцитоза («фагос» - пожирать, «цитос» - клетка) и пиноцитоза («пино» - пью, греческ.). Все это элементы обменных процессов, необходимых для поддержания жизнедеятельности клетки, от нормальной работы которой зависит жизнедеятельность более крупных структур многоклеточных организмов. Ими являются ткани, органы и их системы, а так же целостные организмы, в которых проявляются еще более сложные системы саморегуляции.

Некоторые авторы чисто интуитивно, исходя, так сказать, из здравого смысла, выделяют еще тканевую структуру в уровнях жизни. Но так как ткань - это совокупность однородных функционально специализированных клеток, жизнедеятельность которых поддерживается за счет процессов тканевого обмена, то это практически те же процессы регуляции, которые имели место на предыдущих уровнях жизни.

Учитывая то, что однотканевые формы жизни, как, например, одноклеточные, в природе не встречаются, следующим уровень жизни и регуляции жизненных процессов следует рассматривать на уровне целостного организма.

3. Организменный уровень саморегуляции.

Организм представляет структуру, имеющую клеточное строение. Миллиарды специализированных клеток образуют его составляющие части: ткани, органы, их системы, которые функционально взаимосвязаны. В этой взаимосвязи все процессы жизнедеятельности составляющих структур проявляются только тогда, когда данная структура находится в составе функционирующей целостной системы, а она, в свою очередь, живет и функционирует до тех пор, пока функционально активны ее составляющие.

На этом, более высоком уровне жизни, наряду с клеточными структурами необходимы еще и такие, которые способны связать воедино много структурный уровень жизни и обеспечить ему обменные процессы с окружающей средой, обеспечивающие постоянное самообновление составляющих структур.

Под общим понятием обмена веществ подразумевается цепь сложнейших превращений химических соединений и энергии в организме. Все химические превращения осуществляются в процессе химических реакций, которые можно, по их направленности, объединить в две группы.

Первая группа реакций направлена на синтез, то есть образование в клетках организма только ему свойственных веществ из других соединений, которые он получает в процессе питания из внешней среды. Эта группа реакций получила название реакции ассимиляции (с греческого «симилис» - уподобляю), то есть строго себе подобный.

Реакции ассимиляции идут в клетках и находятся под контролем клеточной регуляции. Например, уменьшение концентрации АТФ улавливают клеточные структуры, включают реакции синтеза и восстанавливают их количество. Но сам процесс уменьшения концентрации АТФ находится в зависимости от деятельности целостного организма, и несмотря на то, что реакции ассимиляции идут в клетках, но их деятельность уже подчинена и полностью зависит от жизнедеятельности организма. Организм получает с пищей органические вещества, расщепляет их до составляющих их частей - мономеров, а из них синтезируются нужные данному организму полимерные соединения.

Расщепление поступающих в организм веществ происходит в результате второй группы реакций, реакций диссимиляции. Оба типа реакций противоположны по своей сути и в то же время едины. Противоположны они потому, что реакции ассимиляции созидают, а реакции диссимиляции разрушают. А единство их заключается в том, что если не будет происходить разрушение, то и не будет материала для созидания, то есть для процессов ассимиляции. С прекращением реакций ассимиляции прекращаются и реакции диссимиляции.

С этой целью для их упорядочения необходим четко организованный регулирующий механизм, работающий на уровне целостного организма. Таким механизмом является нервная и гуморальная регуляция. На первый взгляд, эти два вида регуляции вроде бы и не направлены непосредственно на реакции диссимиляции и ассимиляции, так как под влиянием их деятельности, в первую очередь, осуществляется функциональная регуляция органов и систем организма. Но чтобы в этом разобраться, необходимо более подробно рассмотреть действие регулирующих механизмов в целостном организме.

Нервная система способна очень быстро информировать организм и его органы об изменениях в окружающей среде. Если доверить работу органа только этой регуляции, то ее мгновенно меняющиеся сигналы заставят ткани и органы мгновенно менять свою функцию. Такая регуляция приведет к аритмии работы органов целостного организма, преждевременному износу и выводу их из строя.

Для предупреждения таких последствий в организме существует противоположная регуляция - гуморальная. Она осуществляет свою деятельность с помощью специально вырабатываемых высокоактивных веществ - гормонов.

Ничтожное их количество оказывает мощное воздействие на деятельность органов и их систем. Действие гормонов отличается длительностью и медленной сменой информации. Соответственно, работа органа происходит ритмично и стабильно. И та, и другая регуляция связаны между собой. Они едины и в то же время противоположны. Единство заключается в общности выполняемой деятельности, а противоположность - в различных параметрах их функций.

Деятельность двух систем регуляции еще зависит и от факторов окружающей среды, которые или активизируют, или затормаживают их регулирующую активность. Изменение активности в клетках тканей и органов влияет на включение и выключение реакций ассимиляции и диссимиляции, а они, в свою очередь, оказывают влияние на процессы обмена веществ.

Таким образом, на организменном уровне развития жизни связь со средой осуществляется с помощью двойной регуляции. Двойная и противоположная регуляция в организации жизненных процессов в организме позволяет обеспечить ритмичную работу его органов.

Нервная система, которая постоянно информирует организм через его органы чувств (воспринимающие центры), позволяет ему быстро организовать ответную реакцию на действие факторов среды. В то же время, под ее влиянием, вырабатываются гормоны, способные замедлить или ускорить работу органа. Например, при усилении физической деятельности организма, связанной с потребностями среды, ускоряется и усиливается его сердечная деятельность. Процесс этот осуществляется рефлекторно и подключает гуморальную регуляцию.

Энергичная работа мышечной системы способствует образованию в организме адреналина. Действуя на сердце через кровь, он увеличивает частоту и силу сердечных сокращений. Так что нервная и гуморальная регуляции взаимосвязаны и совместно обеспечивают очень точное приспособление органа к функциональному требованию целостного организма, деятельность которого определяется требованиями окружающей среды.

Регуляция жизненных процессов на организменном уровне происходит автоматически. Например, увеличение частоты и силы сердечных сокращений попытает расход энергии и, соответственно, увеличивает распад молекул АТФ.

Их восстановление возможно только при активизации реакций бескислородного и кислородного расщепления органических молекул, которые регулярно должны поступать из окружающей среды. Поступающий материал подвергается расщеплению с помощью белков-ферментов. И чем больше в нем потребность, чем больше его поступает, тем больше требуется и должно синтезироваться белков-ферментов, катализирующих реакции ассимиляции и диссимиляции.

Количественное увеличение белков связано с активацией работы генома и ускоренного образования структур, на которых синтезируются белки-ферменты.

Таким образом, вся совокупность реакций в организме взаимосвязана еще с его геномом. Выходит, что увеличение или уменьшение функциональной деятельности клетки ведет к изменению генотипических ее структур, которые незамедлительно окажут влияние не структуры фенотипа. Измененная структура органа соответственно изменит и его функциональную деятельность и направит ее на связь организма со средой его обитания.

Все это в организме происходит не хаотично и беспорядочно, а взаимосвязано и взаимообусловлено, где каждая система регуляции дополняет друг друга. А их общая деятельность направлена на поддержание постоянной связи между организмом и средой его обитания.

В процессе постоянной функциональной деятельности организм изменяется сам и изменяет среду своего обитания, которая незамедлительно окажет свое влияние на функционально-структурную деятельность организма. Эти взаимные влияния и обеспечивают развитие организма и развитие всей живой природы. Этот процесс идет с постоянным ускорением, и по мере усложнения органического мира темпы его увеличиваются.

Способствует этому еще и то, что живые организмы в природе находятся не изолированно, а постоянно взаимосвязаны между собой. В процессе такой взаимосвязи они оказывают влияние друг на друга и, соответственно, на окружающую среду их обитания.

Эти взаимосвязи и взаимовлияния между организмами и организмами и средой их обитания - это уже следующий уровень организации живого и структур его регуляции.

4. Саморегуляция в экологических системах.

Процессы регуляции на уже рассмотренных уровнях жизни будут осуществляться только в том случае, если организмы смогут постоянно получать из окружающей среды питание и энергию. Эта причина и связывает многочисленными связями различные виды организмов между собой и окружающей их средой. Из всего многообразия связей пищевые являются определяющими. Благодаря ним организмы в природе распределяются не случайно, а всегда образуют определенные, относительно постоянные комплексы - сообщества.

В сообществах организмы распределяются не поодиночке, а образуют группы, по функционально-структурным принципам.

Самые малочисленные группы называют демами. Организмы, составляющие такую группу, отличаются близким генетическим и фенотипическим родством. Между представителями этих групп может происходить свободное скрещивание, и близкие по своим морфо-физиологическим признакам демы образуют популяции.

Подобные процессы происходят и между популяциями, которые объединяются в более крупные группы, называемые подвидами и видами.

Все вышеназванные структурные группировки занимают в природе определенную область - ареал, в которой складываются своеобразные условия для их жизни. Эти условия складываются не только под влиянием факторов неживой природы, но еще в большей степени зависят от соседства живых организмов, от проживающих рядом многочисленных представителей других видов. Эти виды, как правило, имеют сходные потребности к условиям среды и тесно взаимосвязаны между собой.

В природе нет таких видов, которые могли бы существовать изолированно от других. Изоляция, на любом уровне развития жизни, ведет к гибели.

В этой связи и возникает необходимость, и даже потребность, рассмотреть взаимосвязи, складывающиеся в природных системах. Такие системы, включающие в себя сообщества живых существ и среду их обитания, называют экологическими системами, а науку, изучающую их, - экологией (греч. «ойкос» - жилище, «логос» - наука). В экосистеме зависимость организмов друг от друга возникает, прежде всего, на основе пищевых связей и способов получения энергии.

Организмы по способу получения питательного материала и энергии разделяются на две противоположные группы: автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений (СО2 и Н2О, используя при этом лучистую энергию солнца). Из простых и бедных энергией соединений в клетках зеленых растений синтезируются высокомолекулярные, богатые энергией вещества.

Гетеротрофные организмы не способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений, К этой группе относятся представители животного мира и человек. Они нуждаются в готовых органических соединениях и получают их, поедая растительную, животную пищу, обогащая свой организм, белками, жирами, углеводами.

Расщепляя полученные молекулы с помощью реакций диссимиляции, организм получает не только строительный материал для синтеза нужных ему молекул органических соединений, но и выделенную энергию, которая используется для реакций ассимиляции и другой функционально-активной деятельности. Конечными продуктами распада являются H2O, CO2 и минеральные соли, которые выделяются в окружавшую среду и являются пригодными для их использования автотрофными организмами.

Таким образом, между автотрофными и гетеротрофными организмами, через окружающую среду осуществляется взаимосвязь. Автотрофы обеспечивают гетеротрофов органическими веществами, энергией и кислородом, а гетеротрофы, выделяя углекислый газ и воду, дают материал для синтетических реакций автотрофов, при использовании ими энергии солнца.

На первый взгляд может показаться, что достаточно в экологической системе иметь те и другие организмы - и жизнедеятельность системы обеспечена. Но это не совсем так. В реальных условиях этот процесс принимает сложные формы, так как ни один вид гетеротрофных организмов не способен сразу расщеплять органические вещества до конечных продуктов распада (углекислого газа, воды и минеральных солей). Поэтому виды, поедающие растительную пищу, доводя ее распад до определенной стадии, используют лишь часть содержащейся в органическом веществе энергии, а непригодные для данного вида, но еще богатые энергией остатки, используются другими организмами. По этой причине в экологических системах складываются цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих строительные материалы и энергию из исходного пищевого материала.

Примеры таких пищевых связей можно видеть в любой экологической системе. Как правило, первым звеном в такой цепи являются растения. Их поедают травоядные животные. Органические остатки, образующиеся в результате жизнедеятельности этих организмов, и сами погибшие травоядные разлагаются многочисленными микроорганизмами. Но травоядные организмы могут стать добычей хищников, которые подразделяются, и хищник первого порядка может стать добычей хищника второго порядка и т.д.

Если к этим взаимосвязям еще добавить связи видового многообразия, то пищевые цепи, составляющие основу взаимосвязей и взаимоотношений в живой природе, приобретают очень сложную систему, которая может существовать длительное время, осуществляя саморегуляцию и поддерживая при этом относительную стабильность, равновесие и способность к непрерывному самообновлению. Эти процессы проявляются на основе того, что все разнообразное население экологической системы существует совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенным уровнем, поддерживая, таким образом, относительное постоянство.

Такие устойчивые экологические системы называются биоценозами. Но так как органические компоненты биоценоза непрерывно связаны с неорганическими факторами среды обитания (почвой, атмосферой, температурой, влагой и т.д.), то вместе с ними образуют устойчивые экологические системы, называемые биогеоценозами.

Между компонентами живой и неживой материи в такой системе постоянно существует круговорот веществ. Введенное понятие биогеоценоза академиком В.Н. Стукачевым как нельзя лучше и более полно отражает взаимосвязи и взаимозависимости в экологической системе, которые могут существовать длительное время за счет саморегуляции и круговорота веществ.

Однако длительного постоянства здесь тоже не бывает, так как саморегуляция, поддерживая устойчивое состояние системы, никогда не достигается полностью. Этому препятствует непостоянство внешних условий, например, климатических, почвенных, а также изменения, возникающие в результате жизнедеятельности организмов, составляющих биогеоценоз. По этой причине любой биогеоценоз развивается и эволюционизирует.

Смена идет в определенных направлениях, а длительность существования зависит от полноты круговорота веществ в системе. Чем полнее круговорот веществ в биогеоценозе, тем он более устойчив и долговечен.

В природе смены биогеоценозов идут в двух направлениях. Одни экосистемы прогрессируют, а другие регрессируют. На этой основе и происходит эволюционный процесс, динамика которого постоянно связана с динамикой окружающей среды.

Биогеоценоз - система, состоящая из многих видов автотрофных и гетеротрофных организмов, которые распространены в пределах своего ареала не равномерно, а как бы островами, где густонаселенные участки сменяются редконаселенными. Это связано, опять-таки, с различными условиями жизни, сложившимися в различных его участках. К ним относятся: микроклимат, почвенные условия, кормовые объекты, наличие и соседство других видов и т.д. Вид, таким образом распадается на относительно обособленные группы. И, как уже отмечалось, такие группы получили названия: подвиды, популяции и демы. Но рассматривать процессы саморегуляции на этих уровнях развития жизни нет необходимости потому, что и популяции, и даже полностью виды обособленными друг от друга длительное время существовать не могут.

В природе нет однопопуляционных или одновидовых экологических систем. Однако, роль этих группировок в экологических системах часто очень значительна, так как виды существуют в форме своих популяций, а биогеоценозы в форме населяющих их видов, сочетание которых образует тот или иной тип биогеоценоза.

Совокупность различных типов биогеоценозов, населенных видами живых организмов, образует особую оболочку или сферу Земли, названную Ж.Б. Ламарком биосферой. Учение о ней создал и развил академик В. II. Вернадский.

Этот уровень развития жизни и процессы его саморегуляции заслуживают того, чтобы их рассмотреть отдельно.

5. Саморегуляция в биосфере.

Биосфера - геологическая оболочка, населенная многообразными живыми организмами. Все это многообразие представляет живое вещество, деятельность которого в ней проявляется не хаотически, а под влиянием и контролем регулирующих структур.

Под действием общебиологического принципа организации жизнедеятельности в биосфере происходит включение регулирующих систем всех уровней жизни. Это значит, что вышестоящие регулирующие структуры включают в свою деятельность нижестоящие, и механизм регуляции становится глобальной структурой. Его действие придает биосфере устойчивость и целостность, которая непосредственно связана с жизнедеятельностью всей биомассы планеты, проявляющейся на основе биологического круговорота веществ.

Каждое вещество включается в свой, определенной сложности, круговорот. Основу любого биологического круговорота, обеспечивающего жизнь на Земле, составляет энергия солнца. С колоссальным количеством энергии, поступающей от нашего светила, связаны, прежде всего, элементы климата (температура, влажность, световой режим), от которых и зависит развитие жизни на Земле. Эти факторы называют жизнеопределяющими и проявляются они не хаотично, а находятся в прямой зависимости от солнечной радиации.

Еще древние греки заметили, что освещенность и связанное с ней поступление тепла, а также формирование климата, зависят от наклона солнечных лучей, то есть от угла их падения на земную поверхность. Эта особенность имеет глобальную закономерность и действует на всю биосферу с постепенным изменением влияния факторов от экватора к полюсам.

Глобальный характер жизненно важных факторов среды дифференцированных по поясам, определяет и глобальное развитие жизни, также дифференцированной по этим же поясам - зонам. Наиболее заметные изменения проявляются в растительном мире, основном компоненте любой живой системы. С последовательностью смены экологических факторов сопряжена и смена природных зон. Тундру сменяет тайга, а ее сменяет лиственный лес, а затем простираются степные просторы, переходящие в пустыни и т.д.

Зональная саморегуляция складывается из регуляций составляющих ее биогеоценозов, объединенных действием глобальных факторов, которые дифференцированы по природным зонам планеты. Зональная особенность их действия определяет сочетание живых организмов, деятельность которых тоже влияет на формирование среды их обитания. Под влиянием комплекса действующих факторов и формируются природно-климатические пояса планеты.

Тропический пояс имеет свои климатические особенности, связанные с перпендикулярным падением солнечных лучей почти в течение всего года. Эта природная особенность оказывает определяющее влияние на формирование природной зоны, которая является важной составной частью биосферы.

Падение солнечных лучей на Землю под углом способствует их большему рассеиванию в атмосфере и, соответственно, меньшему нагреванию поверхности суши и моря. В соответствии с этой особенностью действия жизнеопределяющего фактора на планете сформировалось два умеренных пояса. Один в Северном, а другой в Южном полушарии. В этих поясах сложились совершенно иные природные условия и, соответственно, природные зоны и регулирующие в них процессы. На особенность этих природно-климатических поясов влияет сезонный ритм экологических факторов, прежде всего, поступление света и тепла.

Под влиянием этих факторов расположены все природные зоны планеты. Зон несколько, а глобально действующий фактор, по существу, один. Он и порождает и формирует особенности климата, климатические пояса и в целом развитие всей жизни на планете.

Таким образом, свет, а точнее освещенность планеты и связанное с этим различное количество поступающего тепла на шарообразную поверхность Земли, является регулирующим фактором не только отдельных биоценозов, но и всей биосферы.

Получая энергию Солнца, живая оболочка планеты выполняет гигантскую работу. Зеленый лист использует для фотосинтеза 1 процент попадающей на его поверхность солнечной энергии, а производит ежегодно около 40 млрд. тонн органического вещества. Фотосинтетическая деятельность зеленых растений является глобальным процессом, процессов не одной какой-либо природной зоны, а всей биосферы. Это и есть общебиологический процесс созидания.

Параллельно этому процессу на планете действует и противоположный глобальный процесс, направленный на распад органического вещества, высвобождение энергии и химических элементов. Высвободившиеся вещества поступают в окружающую среду и снова включаются в круговорот веществ биосферы.

Биогенные процессы способны захватывать химические элементы и включать их в синтетические реакции. Они носят глобальный характер и характерны для всей биосферы, в которой совершается постоянный круговорот активных химических элементов, переходящих из организма в организм, из живой природы в неживую и обратно.

По мере развития биосферы пополнение атомов идет за счет неживой материи. В течение более 2 млрд. лет произошли очень существенные изменения в биосфере. Живое вещество проникло во все области и среды планеты.

Современная биосфера охватывает весь земной шар и объединяет все живое на Земле. Эта грандиозная, могущественная система всего живого вещества и круговоротов химических элементов на планете является открытой системой, так как в нее постоянно вливается поток солнечной энергии. От поступающей энергии зависит существование биосферы и действие ее регулирующих систем. Возможности их исключительно велики, но они не безграничны.

В настоящее время хозяйственное вторжение человека в биосферу приводит к разрыву веками сложившихся цепей питания в экологических системах, что ведет к гибели видов, живых организмов и к уменьшению их численности. Человеческая деятельность привела к уничтожению отдельных биогеоценозов и к существенному изменению зональных структур, что, в свою очередь, оказало влияние на изменения в атмосферных процессах.

Под влиянием этих изменений нарушается круговорот виды в атмосфере, с которым тесно связано выпадение осадков в различных регионах планеты и расположение природных зон в биосфере. Наметилась устойчивая тенденция к расширению зоны пустынь, основной причиной которой является человеческая деятельность.

Еще в прошлом веке Ф. Энгельс предупреждал: «Не будем, однако, слишком обольщаться нашими победами над природой. За каждую такую победу она нам мстит». Такая реакция природы связана с тем, что всякое нарушение в экологической системе ведет, прежде всего, к нарушению регулирующих структур на всех уровнях жизни. Особенно опасны быстрые изменения, которые для большинства организмов являются запредельными. Организмы не могут быстро и в такой широкой норме реакции перестроить свои метаболические процессы, поэтому для многих из них такие изменения являются запредельными.

Учитывая беспрецедентное вторжение современного человека в биосферу, которое может привести к экологической катастрофе, выход из создавшейся ситуации видится на пути превращении материального производства из органа чисто технического и социального в орган биосоциальный, дающий возможность вписать человечество в сверхорганизм биосферы и подчинить создаваемое им хозяйство законам живой природы.

Сейчас, такая необходимость с каждым десятилетием и с каждым годом все острее и острее заявляет о себе. А это значит, что уже существует острая потребность создания системы, о которой мечтал в свое время К. Маркс. Суть ее заключается в том, что она должна учитывать не только социальное, но и биологическое в человеке, согласовывать его потребности со всем тем, что его окружает, и кто с ним рядом существует на Земле.

Название к такой системе больше всего подходит - биосоциальная, а в основу ее организации должны быть положены принципы саморегуляции всех природных уровней жизни, с использованием высшей формы развития материи - разума.Размещено на Allbest.ru