Уровни организации живых систем и системный подход к эволюции живого

Представления о неравновесности живого организма развил биолог фон Берталанфи, введя термин «открытые системы», ныне широко используемый в синергетике. Он рассматривал стационарные состояния в неравновесной живой системе, которые, определил как «текущее равновесие». На основе обобщения физических, в частности термодинамических, представлений он разработал свою теорию биологических организмов, рассматривая организм как целостную сложную иерархическую систему.

По существу в применении к биологии он предложил и использовал метод системного анализа, активно применяемый сейчас в науке и технике. В частности, им высказана идея, что системная организация — основа точной биологии. Организм — пространственное целое, проявляющееся во взаимодействии частей и частных процессов. Процессы в живом организме обусловливаются целостной пространственной системой, подчиненной жесткой иерархии.

Концепция структурных уровней позволяет не только описать живые организмы по уровням их сложности и закономерностям функционирования, но и расположить в иерархическом порядке, при котором каждый предыдущий уровень входит в последующий, образуя единое целое живой системы. Тем самым представление уровней организации хорошо сочетается с целостностью организма. Критерием выделения основных уровней выступают специфичные дискретные структуры и фундаментальные биологические взаимодействия.

Различают следующие уровни организации биологических структур:

· самоорганизующиеся комплексы,

· биомакромолекулы,

· клетки,

· многоклеточные организмы

Н. В. Тимофеев-Ресовский приводит другую классификацию уровней:

· клеточный,

· молекулярно-генетический,

· организменный,

· популяционно-видовой,

· биогеоценозный.

Существует и такая градация: молекулярный, клеточный, тканевой, органный, онтогенетический, популяционный, видовой, биогеоценотический и биосферный. На каждом уровне выделяют элементарную единицу и элементарные явления.

Элементарная единица — это структура, закономерное изменение которой приводит к элементарному явлению. Элементарной единицей на молекулярно-генетическом уровне является ген, на клеточном — клетка, на организменном — особь, на популяционном — совокупность особей одного вида — популяция. Совокупность элементарных единиц и явлений на соответствующем уровне отражает содержание эволюционного процесса.

Переход от одного уровня к другому происходит скачкообразно, дискретно, в соответствии с основными принципами квантовой механики, и такие переходы в физике представляют собой неравновесные фазовые переходы, которым в синергетике соответствуют бифуркации. Механизм перехода в понятиях синергетики реализуется через хаотические состояния, и через него реализуется связь разных уровней организации. В точках бифуркации малое случайное изменение может привести к сильному возмущению системы, и возникает фазовый переход. В таком представлении гибель живого организма можно рассматривать как фазовый переход «жизнь — не жизнь».

Понятия о целом и части, используемые не только в системном анализе, но и в философии, можно применять к физике живого, поскольку живым организмам присущи гармоническая иерархичность и целевая функция. Действительно, рассматривая любые явления и свойства живой и неживой природы, мы обязательно касаемся проблемы целого и части — все наблюдаемые объекты являются частями более общего понятия целого и, в свою очередь, состоят из каких-то частей. Эти представления применимы к эволюции любой сложной неравновесной системы с нелинейной динамикой ее развития в процессах самоорганизации. Гармонизация этих процессов в живых организмах и шире — во всей природе находит свое отражение в понятиях «ян» и «инь» восточной философии и в идее «золотого сечения».