1.4. Живые и неживые системы 1.4.1. Общие сведения
Поскольку предметом экологии являются структура и динамика окружения любого произвольно выбранного объекта в живой системе и взаимодействие объекта с этим его окружением, следует, прежде всего, охарактеризовать живую систему.
Системой принято называть множество тел или иных объектов, связанных общим энергетическим процессом в единое целое, взаимодействующих и взаимоопределяющих положение и состояние друг друга и всего множества. Верной будет и противоположная (в написании) формулировка: система - это целое, состоящее из частей-элементов, находящихся в движении, взаимодействующих и взаимоопределяющих положение и состояние друг друга и всего целого. Реально существуют только открытые системы, способные обмениваться с неотъемлемой от них внешней средой (система и среда - соэлементы системы более емкого уровня) материей, энергией и информацией. Собственно система и ее внешняя среда - есть результат дифференцировки, разделения целого на противоположные комплементарные части не существующие одна без другой.
Принимая, что живые и неживые системы лишь различные состояния материальных систем и ориентируясь на "широкое" определение жизни как явления (Жизнь - есть расширенное воспроизводство информации в материальных системах), выделим наиболее существенные характеристики живых систем, разновидностью которых является Биосфера.
1. В живых системах время имеет антиэнтропийную направленность, а в неживых системах направление течения времени совпадает с направлением роста энтропии.
2. Живые системы, в отличие от неживых, характеризуются устойчивым ростом информации. (Структурная и. - мера сложности, тепловая и. - мера работоспособности, собственно информация - мера порядка, организованности, определенности связей, отношений и взаимодействий.)
3. Каждый вид элементов в живых системах структурно и функционально комплементарен (дополнителен) к сумме остальных. В неживых системах элементы не обладают функциональностью. Строение и функция элемента взаимозависимы.
4. Живые системы целостны: для них характерны относительная завершенность строения (количественная корреляция частей в целом) и соответствующая функциональная определенность (качественная корреляция частей в целом).
5. Живые системы энергозависимы: потребление энергии на каждую усредненную единицу времени преобладает над выделением энергии. Отсроченное высвобождение энергии, сопровождающееся увеличением длительности ее удержания, лежит в основе поддержания устойчиво неравновесного состояния. Неживые системы характеризуются устойчиво равновесным состоянием. Внутренняя организация живых систем может быть представлена в виде сети накопителей, передатчиков и трансформаторов энергии.
6. Биосфера образована условно обособленными в пространстве и времени органическими телами и неживой внутренней средой (по отношению к конкретному телу - это внешняя среда), связанными в динамическое единство круговоротом вещества, потоком энергии и общностью информации.
1.4.2. Динамическое единство живого и неживого вещества
Как следует из характеристики биосферы, ее материальная основа, представленная прежде всего вещественными элементами, едина и для неживой и для живой составляющих. При этом, химические элементы, входящие в состав земной коры, гидросферы и атмосферы, в процессе круговой миграции образуют разнообразные соединения, временные сочетания которых, в свою очередь, образуют различные виды вещества: неживое неорганическое, неживое органическое, живое неорганическое и живое органическое. Следовательно, жизненные процессы определяются вещественным субстратом лишь отчасти. Именно поэтому между неживым и живым веществом нет резкой границы, хотя существует ряд критериев, комплекс которых позволяет охарактеризовать особенности живого вещества. Наиболее существенными из них можно считать следующие:
1. Живое вещество биосферы обладает огромной свободной энергией, что позволяет ей активно взаимодействовать с окружающей средой, изменяя ее и делая невозможным неизменное существование в ней.
2. В живом веществе (по сравнению с неживым) резко ускоряется протекание химических реакций, что объясняется действием органических катализаторов-ферментов.
3. Живое вещество способно к регулируемому произвольному движению: пассивному, создаваемому ростом и размножением живых тел, и активному, осуществляемому направленным перемещением живых тел.
4. В живом веществе полностью нарушена зеркальная симметрия малых органических молекул (Закон киральной чистоты).
5. Живое вещество представлено в биосфере условно дисперсными телами с размерами от 2,5 нм до 150 м.
6. Живое вещество в реальных условиях никогда не находится на Земле в морфологически чистой форме (в форме видовых популяций); оно всегда представлено смесями (комплексами популяций разных видов).
7. Живое вещество существует на Земле в форме непрерывного чередования поколений, непрерывно обновляясь и оказываясь генетически связанным с живым веществом всех прошлых геологических эпох (Принцип Ф.Реди: Все живое из живого).
В целом, живое вещество, как активный центральный элемент живой системы выполняет в биосфере следующие функции:
1. Энергетическую: поглощение и связывании солнечной (электромагнитной) энергии при фотосинтезе, а химической - при разложении энергонасыщенных веществ, передачу энергии по пищевой цепи разнородного живого вещества и высвобождение энергии во внешнюю среду.
2. Концентрационную: избирательное накопление определенных видов вещества для построения живых тел и удаляемых из них при химической регуляции.
3. Деструктивную: минерализацию отмирающего живого органического вещества, разложение неживого неорганического вещества и вовлечение образовавшихся веществ в биогенный круговорот.
4. Транспортную: перемещение вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении.
5. Средообразующую: преобразование физико-химических параметров среды.
6. Информационную: накопление, хранение, реорганизацию и передачу информации о структурных и динамических характеристиках биосферы.
Уже с момента своего обособления в протобиосфере, живое вещество прогрессивно дифференцируется на активные функциональные элементы - видовые формы (биологические виды).
Дифференцировка живого вещества на видовые функциональные формы позволяет сформировать мобильную структурную сеть, обеспечивающую многоканальное поэтапное движение отдельных порций вещества, обогащенного свободной энергией. Порционное направленное высвобождение энергии во внешнюю (для отдельных тел) среду является основой для реализации взаимодействий, связей и отношений, в которые вступают живые тела, реализуя системные функции.
Рассматривая иерархичность пространственно-временной организации этой активной составляющей биосферы, можно видеть следующую картину. Видовое вещество реализует определенную функцию или определенные функции в некотором объеме пространства с характерным набором базовых условий в течение длительного времени. Это вещество реально существует в виде относительно небольших (от нескольких нм до десятков м) тел условно конечных в пространстве и времени. Пространственно-временная дискретность живого вещества позволяет: образовывать мелкодисперсные гетерогенные смеси с большими "контактными поверхностями", обеспечивающими высокую интенсивность взаимодействия отдельных видовых форм; повторно (многократно) использовать вещество, включаемое в состав живых тел; приобретать функционально оправданные новообразования; реализовать диффузно-комплиментарный принцип организации.
Живые тела, имея или формируя в процессе роста и развития более или менее устойчивые морфо-функциональные типы, обеспечивают или течение материальных, энергетических и информационных процессов в конкретных локальных экосистемах, или непрерывность существования данной формы живого вещества. Соответственно, они обозначаются как ценотически активные или ценотически пассивные особи, части особей или их состояния. Разнокачественные особи (одного вида), существуя одновременно или выстраиваясь в характерную последовательность в пределах полного жизненного цикла, формируют специфический тип онтогенеза (индивидуального развития). Полный минимально необходимый набор таких разнокачественных особей, частей и состояний в пределах одного онтогенетического цикла составляют организм. Все множество организмов, входящих в локальную экосистему (элемент ландшафта с более или менее однородными параметрами), обозначаются понятием "популяция".
Базовые определения:
Вид (видовое живое вещество) - качественно обособленная форма живого вещества, выполняющая в биосфере определенную специфическую функцию и являющаяся единицей эволюционного процесса.
Популяция - способная к самовоспроизведению совокупность организмов одного вида, входящая в состав экосистемы некоторого уровня и реализующая здесь видоспецифичную функцию, то есть занимающая собственную экологическую нишу. Генофонды разных популяций одного вида отличаются устойчиво поддерживающимися частотами отдельных аллелей (состояний генов) или групп аллелей.
Организм - элементарная функциональная единица видового живого вещества; "полный набор" взаимодополнительных особей, частей особей и их состояний, образующих видоспецифичный онтогенетический тип. Организм потенциально способен к бесполому и половому способам воспроизводства.
Особь - ценотически активная или ценотически пассивная в течение всей индивидуальной жизни или с фазовой сменой активности морфологическая отдельность видового живого вещества. В отличие от организма, особь может не участвовать непосредственно в биогеоценотических вещественных, энергетических и информационных процессах и воспроизводиться половым способом.
Индивид - особь с характерными индивидуальными признаками.
Следует подчеркнуть, что диффузно-комплементарный принцип организации видового живого вещества исключает наличие четких границ между особью, организмом, популяцией и видом.
|
