В организации живого выделяют многочисленные биологические системы разного уровня строения и жизнедеятельности.
Биологические системы
Биологические системы – это объекты различной сложности, имеющие несколько уровней структурно-функциональной организации и представляющие собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов.
Биосистема — это форма жизни, обусловленная взаимодействием живых компонентов. Растительный организм как биосистема — совокупность взаимодействующих органов , тканей и клеток.
К данной категории относят:
- органические макромолекулы;
- органеллы субклеточного типа;
- клеточные структуры;
- органы;
- организмы;
- популяции.
- виды
- биоценозы
- экосистемы
- биосфера
Наименьшей биологической системой, присутствующей во всем живом является органическая (биологическая) макромолекула:
- ДНК;
- белок;
- углевод;
- АТФ.
В роли наибольшей биологической системы выступает популяция, совокупность организмов одного вида, длительное время обитающих на одной территории (занимающих определённый ареал) и частично или полностью изолированных от особей других таких же групп.
Общие признаки биологических систем
Биологические системы (или живые системы) отличаются от тел неживой природы совокупностью признаков и свойств, среди которых основными являются:
Существенными чертами живых организмов, отличающими их от объектов неживой природы, являются уровневая организация и эволюция.
1. Клеточное строение
- Всем живым организмам свойственно клеточное строение, за исключением неклеточных форм жизни — вирусов.
2. Особенности химического состава
- Живые тела состоят из тех же химических элементов, которые преобладают в неживой природе. Тем не менее, по соотношению данных элементов неживые и живые тела сильно различаются. Так, основными химическими элементами живых клеток являются атомы: водорода, углерода, азота и кислорода. Преобладающими элементами неживых тел служат: кислород, алюминий, магний, железо, кремний.
3. Обмен веществ и превращение энергии.
- Обменом веществ (метаболизмом) именуют протекающие в живых системах реакции синтеза и распада при поглощении из окружающего пространства элементов питания и выделении соотвестввующих продуктов жизнедеятельности. Неживая природа способна к обмену веществами, путем смены их агрегатного состояния либо переноса с одного участка на другой (смывание грунта, замерзание воды). Происходящие в живых телах обменные реакции, протекают в виде круговорота, когда сложные соединения распадаются до простых и выделяется энергия. Благодаря непрерывности обмена веществ обеспечивается относительное постоянство химического состава в организмах.
- Превращение энергии заключается в ее потреблении зелеными растениями (автотрофами) и аккумулировании в макроэргических связях. В таком виде ее поглощают гетеротрофные организмы (животные, грибы), где в результате химических превращений происходит ее высвобождение. Таким образом, собранная автотрофами солнечная энергия способна поступать в гетеротрофные тела при поедании животными растений.
4. Гомеостаз
- Гомеостазом (саморегуляцией) называют свойство живого заключающееся в поддержании постоянства своего химического состава и интенсивности физиологических процессов. При этом главенствующая роль отводится эндокринной и нервной системам.
5. Раздражимость
- Раздражимостью именуют специфического типа избирательные ответы живых тел на происходящие в окружающем пространстве изменения. При изменении окружающих условий живой организм начинает ощущать некий дискомфорт (раздражение), а возникающую при этом его ответную реакцию называют раздражимостью. К примеру. Если дождевого червя уколоть иглой, он сожмется, демонстрируя тем самым ответ на воздействие факторов среды.
- Благодаря раздражимости живые тела могут приспосабливаться к окружающим условиям, даже при их изменении. Это помогает им выживать.
6. Движение
- Живым организмам свойственны разные формации движения. У животных они неограниченны, а у растений – ограниченны. Даже находящиеся внутри клетки органеллы способны перемещаться из-за движения окружающей их цитоплазмы.
7. Рост и развитие
- Ростом организмов именуют увеличение в них количества клеток. Так, растения имеют неограниченный рост. А животные растут до определенного периода жизни.
- Развитием называют процесс необратимого, направленного и закономерного изменения живых объектов. Итогом развития является возникновение нового качественного состояния живого организма. Различают следующие формы развития: филогенез; онтогенез.
- Под филогенезом понимают процесс исторического развития живых организмов, происходящий на планете. Синонимом данного понятия является «эволюция». Онтогенезом именуют индивидуальное развитие живых организмов.
8. Воспроизведение
- Благодаря воспроизведению (самовоспроизведению либо репродукции) на Земле не прекращается жизнь. Самовоспроизведение (размножение) свойственно всем биологическим системам. Ограниченное во временных рамках существование биологических систем поддерживается самовоспроизведением.
- Основу размножения составляют процессы синтеза новых структур с молекулами, похожими на своих создателей (родителей). За передачу наследственной информации отвечают гены (участки ДНК с белками). Различают половое и бесполое размножение. Первое протекает с участием половых клеток (гамет), а второе – без гамет. В результате бесполого размножения создаются идентичные родителям дочерние организмы, а после полового – получаются новые комбинации генов, сочетающие признаки обоих родителей.
9. Эволюция
- Эволюцией именуют процесс усложнения живого, происходящий длительное время на Земле под воздействием меняющихся условий окружающей среды. При этом появлялись новые виды с новыми свойствами, помогающими им выжить в меняющимся мире. Закрепление положительных качеств шло на генетическом уровне, поэтому они могли передаваться по наследству.
- Виды, не способные приспособиться к меняющимся условиям, погибали, не внося в общий генофонд (совокупность всех генов) свои наследственные комбинации. Движущей силой эволюции является происходящий в живой природе естественный отбор.
Концепция системной многоуровневой организации жизни — одна из ключевых в современном естествознании. Все биологические объекты, согласно ей, объединяются на основе некоторых признаков и тесных взаимоотношений и выстраиваются в определенном иерархическом порядке. Схожие принципы универсальны для всей природы в целом. Знакомство с тем, что такое биологические системы, лучше начать с определения ключевого понятия.
Всеобъемлющая теория
Основы концепции были заложены в середине прошлого столетия Людвигом фон Берталанфи. Именно он разработал общую теорию систем. Она охватывает все объекты природы и общества. Теория выделяет биологические, социальные, космические, физические, экономические и прочие системы, объединяющиеся в три крупные категории: микромир, макромир и мегамир. К первому относятся элементарные частицы и атомы, ко второму — все, от молекул до океанов и материков, к третьему — космические объекты. Макромир включает и живые системы.
Основное понятие
Система — объединение элементов, базирующееся на определенных взаимоотношениях, подчиненных некоторым законам. Организация подобной структуры, как правило, состоит из нескольких упорядоченных уровней. При этом каждый элемент может одновременно быть и системой менее высокого порядка. Важное свойство подобной организации: целое качественно отлично от суммы всех своих составляющих. Система — не просто набор характеристик элементов, она отличается неким новым качеством.
Все объекты живого мира представляют собой подобные структуры. Причем качеством, возникающим в результате объединения нескольких элементов, становится новое проявление жизни.
Открытые
Понимание того, что такое биологические системы, требует описания еще одного свойства подобных структур. Это взаимодействие с окружающей средой. В теории организация биологических систем может быть как замкнутой, так и открытой. На практике ученым не известно ни одной полностью закрытой структуры. Любая живая система постоянно взаимодействует с окружающей средой через некоторую полупроницаемую пограничную оболочку. У клеток — это билипидная мембрана, у космической станции — обшивка. Социальные системы объединяются посредством законодательных актов или определенных взаимоотношений людей.
Получается, ответ на вопрос «Что такое биологические системы?» можно сформулировать следующим образом: это совокупность постоянно взаимодействующих живых элементов, выстроенная в определенном иерархическом порядке и открытая в той или иной степени для обмена с окружающей средой.
Признаки
Все отличительные характеристики рассматриваемых структур — это одновременно и критерии отличия живой природы от неживой. Назовем признаки биологических систем с их краткой характеристикой:
- Единый химический состав. Все природные объекты построены из одних и тех же молекул. Однако живая материя в качестве основных элементов включает углерод, азот, кислород и водород.
- Обмен веществ со средой. Это уже описанное свойство открытости системы. Одно из его проявлений — энергозависимость подобных структур.
- Самовоспроизведение (размножение).
- Наследственность — свойство передавать особенности строения и функционирования из поколения в поколение.
- Изменчивость — свойство приобретать в течение жизни новые характеристики и навыки.
- Рост и развитие. Представляют собой направленное необратимое изменение. Выделяют индивидуальное и историческое развитие живых систем, называемые онтогенезом и филогенезом соответственно.
- Раздражимость (рефлексы, таксисы) — свойство реагировать на стимулы и изменения окружающей среды.
- Дискретность. Любая живая система состоит из отдельных, но взаимодействующих элементов, образующих иерархическую структуру.
- Саморегуляция. Существуют внутренние механизмы поддержания гомеостаза, способствующие выживаемости системы. Саморегуляция основана на принципе отрицательной обратной связи.
- Ритмичность. Усиление и ослабление различных процессов через равные промежутки времени.
Уровни организации биологических систем
Все описанные свойства сохраняются на любой ступени иерархической структуры. Основные уровни организации биологических систем выделяются достаточно условно, поскольку любой из них легко разделить на несколько составляющих. В общем случае говорят о четырех ступенях этой иерархии:
- молекулярно-генетический уровень;
- онтогенетический уровень;
- популяционно-видовой уровень;
- биогеоценотический уровень.
Остановимся на них подробнее.
Молекулярно-генетический уровень
Такие макромолекулы, как белки, липиды, углеводы и нуклеиновые кислоты, представляют собой структурные элементы организмов, но сами по себе не являются носителями полноценной жизни.
Каждый из названных элементов выполняет свои функции. Углеводы — источник энергии. Липиды входят в состав плазматической мембраны клеток. Также они являются поставщиком энергии. Белки выполняют большую часть жизненных функций. Они состоят из двадцати разновидностей аминокислот, которые могут чередоваться в произвольном порядке. В результате существует огромное количество белков, способных справляться с самой разной работой. Нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК, — основа наследственности.
Макромолекулы объединяются в комплексы, образуя органоиды клетки: рибосомы, митохондрии, миофибриллы и так далее. Все они отвечают за отдельные биологические проявления, однако не достигают того уровня сложности, который можно назвать жизнью.
Следующая ступень
Какие биологические системы составляют онтогенетический уровень? Это все организмы, начиная от одноклеточных и заканчивая млекопитающими и человеком, а также органы, ткани и клетки тела. Все названные элементы могут рассматриваться как отдельные уровни организации биологических систем, однако для удобства и в силу общих закономерностей они объединены.
Клетка — элементарная структурная единица строения организмов. Она же представляет собой тот уровень сложности биологической системы, на котором впервые возникает жизнь как явление. Как уже было сказано, более простые структуры обеспечивают лишь отдельные функции. Клетке же присущи все свойства биологических систем.
Ткани и органы — промежуточные подуровни онтогенетической ступени. За ними идет многоклеточный организм. Он характеризуется способностью к самостоятельному существованию, развитию и размножению. Это свойство отличает особь и клетку от органов и тканей.
Популяция и вид
От ступени к ступени происходит усложнение биологических систем. На следующем уровне располагаются виды и популяции. Первые представляют собой совокупность особей, характеризующихся наследственным сходством по целому ряду параметров: морфология, физиология, генетика, географическое размещение. И самое главное: организмы, составляющие вид, способны свободно скрещиваться и оставлять плодовитое потомство.
Группа особей занимает определенную территорию, которую называют ареалом обитания. Достаточно часто он бывает разорван различными географическими препятствиями. В результате вид распадается на несколько относительно изолированных популяций. Естественно, что условия отъединения от остального вида способствуют накоплению определенного генетического материала. При сильном расхождении признаков популяций появляются новые виды.
Экосистемы
В иерархической лестнице за популяциями и видами следует сообщество, биогеоценоз и биосфера. Первое представляет собой совокупность популяций разных видов, размещающихся на одной территории. Выделяют растительные, животные и микробные сообщества. Их совокупность в пределах одного ареала будет называться биоценозом. Эти уровни биологических систем характеризуются тесной взаимосвязью всех особей.
Условия, в которых существуют организмы, постоянно влияют на них. Всю совокупность подобных факторов неживой природы данного ареала принято называть биотопом. Среда и сообщества организмов пребывают в постоянном взаимодействии, происходит круговорот вещества и энергии. Поэтому биотоп и биоценоз объединяют в биогеоценоз, или экосистему. Этот уровень также характеризуется всеми особенностями живого: он постоянно контактирует со средой, управление в нем происходит по принципу саморегуляции, процессы подчиняются определенным циклам.
На высшей ступени иерархии размещает биосфера Земли — оболочка, населенная живыми существами. Огромное влияние на нее оказывает деятельность человека, что все чаще приводит к возникновению экологических катастроф.
Что такое биологические системы? По сути, это все то живое, что нас окружает. Человек отличается от других элементов в биосфере возможностью осознавать, а значит, перенаправлять и изменять свою деятельность. Пока эта способность Homo sapiens работает против природы. Однако именно благодаря ей у нас есть шанс все исправить.
Признаки биологических систем
Признаки и свойства живого
Биологическая система
– целостная система компонентов, выполняющих определенную функцию в живых системах. К биологическим системам относятся сложные системы разного уровня организации: биологические макромолекулы, субклеточные органеллы, клетки, органы, организмы, популяции.
Признаки биологических систем
– критерии, отличающие биологические системы от объектов неживой природы:
1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. В неживой природе самыми распространенными элементами являются кремний, железо, магний, алюминий, кислород. В живых же организмах 98% элементарного (атомного) состава приходится на долю всего четырех элементов: углерода, кислорода, азота и водорода.
2. Обмен веществ. К обмену веществ с окружающей средой способны все живые организмы. Они поглощают из среды элементы питания и выделяют продукты жизнедеятельности. В неживой природе также существует обмен веществами, однако при небиологическом круговороте они просто переносятся с одного места на другое или меняют свое агрегатное состояние: например, смыв почвы, превращение воды в пар или лед и др. У живых же организмов обмен веществ имеет качественно иной уровень. В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада (ассимиляция и диссимиляция – см. дальше), в результате которых сложные вещества распадаются на более простые и выделяется энергия, необходимая для реакций синтеза новых сложных веществ.
3. Самовоспроизведение(репродукция, размножение) – свойство организмов воспроизводить себе подобных. Процесс самовоспроизведения осуществляется практически на всех уровнях жизни. Существование каждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени, поэтому поддержание жизни связано с самовоспроизведением. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, обусловленное информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте – ДНК, которая находится в родительских клетках.
4. Наследственность– способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Наследственность обеспечивается стабильностью ДНК и воспроизведением ее химического строения с высокой точностью. Материальными структурами наследственности, передаваемыми от родителей потомкам, являются хромосомы и гены.
5. Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения материальных структур наследственности. Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней. Изменчивость поставляет разнообразный материал для отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.
6. Рост и развитие.Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, изменяется его состав или структура. Развитие живой формы материи представлено индивидуальным развитием ( онтогенезом) и историческим развитием (филогенезом). Филогенез всего органического мира называют эволюцией.
На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов. В основе этого лежит поэтапная реализация наследственных программ. Индивидуальное развитие часто сопровождается ростом – увеличением линейных размеров и массы всей особи и ее отдельных органов за счет увеличения размеров и количества клеток.
Историческое развитие сопровождается образование новых видов и прогрессивным усложнением жизни. В результате эволюции возникло все многообразие живых организмов на Земле.
7. Раздражимость– это специфические избирательные ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Всякое изменение окружающих организм условий представляет собой по отношению к нему раздражение, а его ответная реакция является проявлением раздражимости. Отвечая на воздействия факторов среды, организмы взаимодействуют с ней и приспосабливаются к ней, что помогает им выжить.
8. Дискретность(от лат. discretus – разделенный). Любая биологическая система состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве, но тем не менее, тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Так, любая особь состоит из отдельных клеток с их особыми свойствами, а в клетках также дискретно представлены органоиды и другие внутриклеточные образования.
Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления системы путем замены износившихся структурных элементов без прекращения функционирования всей системы в целом.
9. Саморегуляция (авторегуляция) – способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов (гомеостаз). Саморегуляция осуществляется благодаря деятельности нервной, эндокринной и некоторых других регуляторных систем. Сигналом для включения той или иной регуляторной системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы.
10. Ритмичность– свойство, присущее как живой, так и неживой природе. Оно обусловлено различными космическими и планетарными причинами: вращением Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, фазами Луны и т.д.
Ритмичность проявляется в периодических изменениях интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов через определенные равные промежутки времени. Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих и многие другие. Ритмичность направлена на согласование функций организма с периодически меняющимися условиями жизни.
11. Энергозависимость.Биологические системы являются «открытыми» для поступления энергии. Под «открытыми» понимают динамические, т.е. не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним веществ и энергии извне. Живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают из окружающей среды энергия и вещества в виде пищи. В большинстве случаев организмы используют энергию Солнца: одни непосредственно – это фотоавтотрофы (зеленые растения и цианобактерии), другие опосредованно, в виде органических веществ потребляемой пищи, – это гетеротрофы (животные, грибы и бактерии).
Читайте также:
Рекомендуемые страницы:
Поиск по сайту
Биологическая система –
целостная система компонентов, выполняющих определенную функцию в живых системах. К биологическим системам относятся сложные системы разного уровня организации:
Признаки биологических систем –
критерии, отличающие биологические системы от объектов неживой природы:
1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы, но в виде сложных молекул.
2. Обмен веществ. Все живые организмы поглощают из среды элементы питания и выделяют продукты жизнедеятельности. В неживой природе также существует обмен веществами, однако при небиологическом круговороте они просто переносятся с одного места на другое или меняют свое агрегатное состояние: смывается почва, превращается вода в пар или лед. У живых организмов обмен веществ имеет качественно иной уровень. В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы
3. Самовоспроизведение (репродукция, размножение) – свойство организмов воспроизводить себе подобных; осуществляется практически на всех уровнях жизни. Существование каждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени, поэтому поддержание жизни связано с самовоспроизведением. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, обусловленное информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте – ДНК, которая находится в родительских клетках.
4. Наследственность – способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение; обеспечивается стабильностью ДНК и точным воспроизведением ее химического строения. Материальными структурами наследственности, передаваемыми от родителей потомкам, являются гены, хромосомы, белки (прионы).
5. Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения материальных структур наследственности. Поставляет разнообразный материал для отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.
6. Рост и развитие
7. Раздражимость – это специфические избирательные ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Всякое изменение окружающих организм условий представляет собой по отношению к нему раздражение, а его ответная реакция является проявлением раздражимости. Отвечая на воздействия факторов среды, организмы взаимодействуют с ней и приспосабливаются к ней, что помогает им выжить. Реакции организмов, не имеющих нервной системы, выражаются в изменении характера движения (таксисы) или роста (тропизмы).
Реакции многоклеточных животных на раздражители, осуществляемые и контролируемые центральной нервной системой называются рефлексы.
8. Дискретность. Любая биологическая система состоит из отдельных изолированных (обособленных или отграниченных в пространстве), тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Так, любая особь состоит из отдельных клеток с их особыми свойствами, а в клетках также дискретно представлены органоиды и другие внутриклеточные образования.
Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления системы путем замены износившихся структурных элементов без прекращения функционирования всей системы в целом.
9. Саморегуляция (авторегуляция) – способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов (гомеостаз).
10. Ритмичность – свойство, присущее как живой, так и неживой природе; проявляется в периодических изменениях интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов через определенные равные промежутки времени. Направлена на согласование функций организма с периодически меняющимися условиями жизни. Обусловлено различными космическими и планетарными причинами: вращением Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, фазами Луны и т.д.
11. Энергозависимость. Биологические системы динамичны, «открыты» для поступления энергии – не находятся в состоянии покоя, устойчивы лишь при условии периодического доступа к ним веществ и энергии извне. Живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают из окружающей среды энергия и вещества в виде пищи, и могут без энергии и пищи обходиться ограниченное время, то есть они энергонезависимы ограниченное время. В основном организмы используют энергию Солнца: одни непосредственно – это фотоавтотрофы (зеленые растения и цианобактерии), другие опосредованно, в виде органических веществ потребляемой пищи, – это гетеротрофы (животные, грибы и бактерии).
Что такое жизнь? По одному из определений жизнь — это совокупность явлений, которые сопротивляются смерти. До сих пор не определена четкая грань между живым и неживым. Однако можно выявить некоторые общие признаки, присущие только живым организмам. Живые биологические системы имеют гораздо более высокий уровень организации, чем неорганическая природа. Биологические системы постоянно обмениваются с окружающей средой энергией, веществом, информацией, что делает их открытыми системами, и позволяет противостоять разрушению.
2.1.1. Клеточное строение имеют все живые организмы (за исключением вирусов). Некоторые организмы состоят из множества клеток, такие как грибы, животные и растения, а некоторые лишь из одной. Однако клетки всех этих организмов имеют способность к самовоспроизведению, росту, развитию и обмену веществ.
Особенности химического состава. В состав живых организмов входят такие же элементы, которые присущи неживой природе. Однако соотношение этих веществ различно. В живой природе 98 % веществ составляют углерод, кислород, водород и азот. В состав живых организмах входят четыре группы органических соединений: белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Эти вещества — редкость в неживой природе.
2.1.2. Обмен веществ. Основой жизнедеятельности клетки является метаболизм. Все живые существа получают питательные вещества из внешней среды и выделяют в нее конечные продукты обмена. Поступившие в организм питательные вещества трансформируются в энергию, которая используется в процессе жизнедеятельности.
2.1.3. Гомеостаз. Только биологические системы способны поддерживать относительное постоянство и свойства. Гомеостаз — это состояние, которое позволяет организмам сохранять свое постоянство с помощью химических реакций, поддерживать равновесие и преодолевать сопротивление окружающей среды.
2.1.4. Раздражимость. Все живые организмы способны реагировать на внешние или внутренние воздействия, что говорит о взаимодействии их с окружающей средой. Например, человек реагирует на такие воздействия с помощь нервной системы, а растения с помощью таксисов (например, растения тянутся к свету).
2.1.5. Движение— это проявление жизнедеятельности. Все живое способно двигаться, что обеспечивает активное взаимодействие с окружающей средой.
Например: постоянное движение цитоплазмы в клетке, движения цветка в зависимости от времени суток, использование жгутиков или ресничек одноклеточными организмами или использование специальных органов движения.
2.1.6. Рост и развитие. Рост это изменение размеров организма, а развитие — это изменение качества организма. Развитие представлено онтогенезом (индивидуальным развитием) и филогенезом (историческим развитием).
2.1.7. Воспроизведение. Одно из самых главных свойств живой материи — это способность воспроизводить себе подобных. Размножение осуществляется на всех уровнях:редупликации ДНК, воспроизводство органоидов в клетке, деление самой клетки, бесполое и половое размножение живых существ.
2.1.8. Эволюция. Живая природа постоянно развивается — изменяется генетический состав популяций, появляются и исчезают виды, экосистема преобразуется. В процессе эволюции живые существа способны передавать из поколения в поколения определенные признаки, а так же изменяться и приобретать новые признаки. За счет приобретения новых признаков, организмы могут приспосабливаться к изменениям окружающей среды.
2.1.9. Дискре́тность (от лат. discretus — разделённый, прерывистый) — свойство, противопоставляемое непрерывности, прерывность. Дискретность — всеобщее свойство материи, под дискретностью понимают:
1. Нечто, изменяющееся между несколькими различными стабильными состояниями, например механические часы, которые передвигают минутную стрелку дискретно (скачкообразно) на 1/60 часть окружности
2. Нечто, состоящее из отдельных частей, прерывистость, дробность. Например, дискретный спектр, дискретные структуры, дискретные сообщения.
| Ученые биологи и их теории, идеи, гипотезы в формировании современной естественнонаучной картине мира. |
3.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Биологические системы – это объекты различной сложности, имеющие несколько уровней структурно-функциональной организации и представляющие собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов.
Примеры биологических систем: клетка, ткани, органы, организмы, популяции, виды, биоценозы, экосистемы разных рангов и биосфера.
Признаки биологических систем:
1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы.
2. Обмен веществ.В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада (ассимиляция и диссимиляция – см. дальше), в результате которых сложные вещества распадаются на более простые и выделяется энергия, необходимая для реакций синтеза новых сложных веществ.
3. Самовоспроизведение (репродукция, размножение) – свойство организмов воспроизводить себе подобных.
4. Наследственность – способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение.
5. Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения материальных структур наследственности.
6. Рост и развитие. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. Развитие живой формы материи представлено индивидуальным развитием (онтогенезом) и историческим развитием (филогенезом). Филогенез всего органического мира называютэволюцией.
7. Раздражимость – это специфические избирательные ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Реакции многоклеточных животных на раздражители, осуществляемые и контролируемые центральной нервной системой, называютсярефлексами.
8. Дискретность (от лат.discretus – разделенный). Любая биологическая система состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве, но тем не менее, тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности.
9. Саморегуляция (авторегуляция) – способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов (гомеостаз).
10. Энергозависимость. Живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают из окружающей среды энергия и вещества в виде пищи. В большинстве случаев организмы используют энергию Солнца: одни непосредственно – этофотоавтотрофы, другие опосредованно, в виде органических веществ потребляемой пищи, – этогетеротрофы.
42. Основные существующие концепции появления жизни на земле, их особенности.
1. Креационизм(сотворение жизни Богом; целенаправленный акт творения)
Но! Кто создал творца?
2. Панспермия(жизнь занесена на Землю извне):
а) случайно
б) намеренно
С. Аррениус развил идею случайного занесения жизни.
В 1972 году был исследован только что выпавший метеорит. Были обнаружены аминокислотыи левой и правой ориентации (эти две формы идентичны по атомам, но различаются по своей трехмерной структуре; они являются зеркальным отображением друг друга)→ аминокислоты возникли в космосе.
3.Теория стационарного состояния(жизнь — свойство материи, т. е. жизнь существовала всегда).
Витализм — вечное существование души.
4. Эволюционизм(способность живых организмов появляться из неживых соединений).
1809 г — появление работы Ж.-Б. Ламарка «Философия зоологии», в которой впервые заявлена возможность самосовершенствования организмов, уделяется большое внимание изменчивости.
Законы Ламарка:
1.Свойства, которые не используются, исчезают
2.Свойства, которые активно используются, развиваются (организмы совершенствуются).
1859 г — появление работы Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора». Отличительная черта — материал книги основан на богатом экспериментальном материале. В 1871 г — «Происхождение человека», Ч. Дарвин.
Концепция системной многоуровневой организации жизни — одна из ключевых в современном естествознании. Все биологические объекты, согласно ей, объединяются на основе некоторых признаков и тесных взаимоотношений и выстраиваются в определенном иерархическом порядке. Схожие принципы универсальны для всей природы в целом. Знакомство с тем, что такое биологические системы, лучше начать с определения ключевого понятия.
Всеобъемлющая теория
Основы концепции были заложены в середине прошлого столетия Людвигом фон Берталанфи. Именно он разработал общую теорию систем. Она охватывает все объекты природы и общества. Теория выделяет биологические, социальные, космические, физические, экономические и прочие системы, объединяющиеся в три крупные категории: микромир, макромир и мегамир. К первому относятся элементарные частицы и атомы, ко второму — все, от молекул до океанов и материков, к третьему — космические объекты. Макромир включает и живые системы.
Основное понятие
Система — объединение элементов, базирующееся на определенных взаимоотношениях, подчиненных некоторым законам. Организация подобной структуры, как правило, состоит из нескольких упорядоченных уровней. При этом каждый элемент может одновременно быть и системой менее высокого порядка. Важное свойство подобной организации: целое качественно отлично от суммы всех своих составляющих. Система — не просто набор характеристик элементов, она отличается неким новым качеством.
Все объекты живого мира представляют собой подобные структуры. Причем качеством, возникающим в результате объединения нескольких элементов, становится новое проявление жизни.
Открытые
Понимание того, что такое биологические системы, требует описания еще одного свойства подобных структур. Это взаимодействие с окружающей средой. В теории организация биологических систем может быть как замкнутой, так и открытой. На практике ученым не известно ни одной полностью закрытой структуры. Любая живая система постоянно взаимодействует с окружающей средой через некоторую полупроницаемую пограничную оболочку. У клеток — это билипидная мембрана, у космической станции — обшивка. Социальные системы объединяются посредством законодательных актов или определенных взаимоотношений людей.
Получается, ответ на вопрос «Что такое биологические системы?» можно сформулировать следующим образом: это совокупность постоянно взаимодействующих живых элементов, выстроенная в определенном иерархическом порядке и открытая в той или иной степени для обмена с окружающей средой.
Признаки
Все отличительные характеристики рассматриваемых структур — это одновременно и критерии отличия живой природы от неживой. Назовем признаки биологических систем с их краткой характеристикой:
- Единый химический состав. Все природные объекты построены из одних и тех же молекул. Однако живая материя в качестве основных элементов включает углерод, азот, кислород и водород.
- Обмен веществ со средой. Это уже описанное свойство открытости системы. Одно из его проявлений — энергозависимость подобных структур.
- Самовоспроизведение (размножение).
- Наследственность — свойство передавать особенности строения и функционирования из поколения в поколение.
- Изменчивость — свойство приобретать в течение жизни новые характеристики и навыки.
- Рост и развитие. Представляют собой направленное необратимое изменение. Выделяют индивидуальное и историческое развитие живых систем, называемые онтогенезом и филогенезом соответственно.
- Раздражимость (рефлексы, таксисы) — свойство реагировать на стимулы и изменения окружающей среды.
- Дискретность. Любая живая система состоит из отдельных, но взаимодействующих элементов, образующих иерархическую структуру.
- Саморегуляция. Существуют внутренние механизмы поддержания гомеостаза, способствующие выживаемости системы. Саморегуляция основана на принципе отрицательной обратной связи.
- Ритмичность. Усиление и ослабление различных процессов через равные промежутки времени.
Уровни организации биологических систем
Все описанные свойства сохраняются на любой ступени иерархической структуры. Основные уровни организации биологических систем выделяются достаточно условно, поскольку любой из них легко разделить на несколько составляющих. В общем случае говорят о четырех ступенях этой иерархии:
- молекулярно-генетический уровень;
- онтогенетический уровень;
- популяционно-видовой уровень;
- биогеоценотический уровень.
Остановимся на них подробнее.
Молекулярно-генетический уровень
Такие макромолекулы, как белки, липиды, углеводы и нуклеиновые кислоты, представляют собой структурные элементы организмов, но сами по себе не являются носителями полноценной жизни.
Каждый из названных элементов выполняет свои функции. Углеводы — источник энергии. Липиды входят в состав плазматической мембраны клеток. Также они являются поставщиком энергии. Белки выполняют большую часть жизненных функций. Они состоят из двадцати разновидностей аминокислот, которые могут чередоваться в произвольном порядке. В результате существует огромное количество белков, способных справляться с самой разной работой. Нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК, — основа наследственности.
Макромолекулы объединяются в комплексы, образуя органоиды клетки: рибосомы, митохондрии, миофибриллы и так далее. Все они отвечают за отдельные биологические проявления, однако не достигают того уровня сложности, который можно назвать жизнью.
Следующая ступень
Какие биологические системы составляют онтогенетический уровень? Это все организмы, начиная от одноклеточных и заканчивая млекопитающими и человеком, а также органы, ткани и клетки тела. Все названные элементы могут рассматриваться как отдельные уровни организации биологических систем, однако для удобства и в силу общих закономерностей они объединены.
Клетка — элементарная структурная единица строения организмов. Она же представляет собой тот уровень сложности биологической системы, на котором впервые возникает жизнь как явление. Как уже было сказано, более простые структуры обеспечивают лишь отдельные функции. Клетке же присущи все свойства биологических систем.
Ткани и органы — промежуточные подуровни онтогенетической ступени. За ними идет многоклеточный организм. Он характеризуется способностью к самостоятельному существованию, развитию и размножению. Это свойство отличает особь и клетку от органов и тканей.
Популяция и вид
От ступени к ступени происходит усложнение биологических систем. На следующем уровне располагаются виды и популяции. Первые представляют собой совокупность особей, характеризующихся наследственным сходством по целому ряду параметров: морфология, физиология, генетика, географическое размещение. И самое главное: организмы, составляющие вид, способны свободно скрещиваться и оставлять плодовитое потомство.
Группа особей занимает определенную территорию, которую называют ареалом обитания. Достаточно часто он бывает разорван различными географическими препятствиями. В результате вид распадается на несколько относительно изолированных популяций. Естественно, что условия отъединения от остального вида способствуют накоплению определенного генетического материала. При сильном расхождении признаков популяций появляются новые виды.
Экосистемы
В иерархической лестнице за популяциями и видами следует сообщество, биогеоценоз и биосфера. Первое представляет собой совокупность популяций разных видов, размещающихся на одной территории. Выделяют растительные, животные и микробные сообщества. Их совокупность в пределах одного ареала будет называться биоценозом. Эти уровни биологических систем характеризуются тесной взаимосвязью всех особей.
Условия, в которых существуют организмы, постоянно влияют на них. Всю совокупность подобных факторов неживой природы данного ареала принято называть биотопом. Среда и сообщества организмов пребывают в постоянном взаимодействии, происходит круговорот вещества и энергии. Поэтому биотоп и биоценоз объединяют в биогеоценоз, или экосистему. Этот уровень также характеризуется всеми особенностями живого: он постоянно контактирует со средой, управление в нем происходит по принципу саморегуляции, процессы подчиняются определенным циклам.
На высшей ступени иерархии размещает биосфера Земли — оболочка, населенная живыми существами. Огромное влияние на нее оказывает деятельность человека, что все чаще приводит к возникновению экологических катастроф.
Что такое биологические системы? По сути, это все то живое, что нас окружает. Человек отличается от других элементов в биосфере возможностью осознавать, а значит, перенаправлять и изменять свою деятельность. Пока эта способность Homo sapiens работает против природы. Однако именно благодаря ей у нас есть шанс все исправить.
уровней биологической организации — Biology Wise
уровни биологической организации
Понравилось? Поделись!
Получите быстрое понимание различных уровней биологической организации и основных аспектов, связанных с каждым из них, из следующей статьи.
Наша среда — это мешок, полный компонентов, которые отличаются друг от друга, но взаимно зависят друг от друга.Компоненты являются как живыми, так и неживыми, и они играют жизненно важные роли в своей области. При отсутствии какого-либо компонента биологическая организация будет страдать более чем одним способом. На всех уровнях этой организации отдельные компоненты несут ответственность за все, что делает жизнь возможной. Было бы несправедливо проводить различие между каждым из этих компонентов в отношении их уровня важности. Как уже говорилось, каждый компонент имеет свое собственное значение на своем месте и в равной степени зависит от других компонентов, которые опять-таки важны для биологической организации.
Этапы Биологической Организации
Субатомные частицы
Хотите написать для нас? Ну, мы ищем хороших писателей, которые хотят распространять информацию. Свяжитесь с нами, и мы поговорим …
Давайте работать вместе!
Эти частицы меньше атома вещества. Протоны, нейтроны и электроны являются основными субатомными частицами, которые находятся в веществе. Протоны — это положительно заряженные частицы, а нейтроны — без заряда.Они находятся внутри ядра атома. Электроны являются отрицательно заряженными частицами и вращаются вокруг ядра в определенных энергетических уровнях или оболочках. Фотон также является субатомной частицей. Фотон — это квант электромагнитной энергии, который обладает нулевой массой и энергией покоя и движется со скоростью света.
атомов
Атомы определяются как наименьшая единица или основные строительные блоки материи, которые составляют все объекты. Атомы состоят из равного количества протонов и электронов.Однако может быть разница в количестве нейтронов между двумя атомами одного и того же элемента. Центр атома занят тем, что известно как ядро; состоящий из протонов и нейтронов. Электроны, как упоминалось выше, продолжают вращаться вокруг ядра.
малых молекул
Большие молекулы состоят из некоторых строительных блоков, и эти блоки относятся к небольшим молекулам. Примерами таких молекул являются аминокислоты, жирные кислоты, глюкоза и т. Д.
макромолекулы
Макромолекулы, состоящие из множества субъединиц, определяются как крупные или гигантские молекулы, которые населяют клетку и выполняют важные функции жизни.Примерами являются углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты и т. Д.
Молекулярные сборки
Эти сборки представляют собой организованные наборы, которые содержат один или несколько молекулярных объектов. Микротрубочки (конвейерные ленты внутри клеток) и клеточная мембрана (плазматическая мембрана) являются типичным примером организованных молекулярных сборок.
Органелла
Термин «органелла» означает маленькие органы и является специализированной частью клетки. Также как человеческое тело, в котором есть такие органы, как сердце, печень и т. Д.клетка также имеет их в форме органеллы. Примерами являются ядро, эндоплазматическая сеть, митохондрии и т. Д.
Cell
Все живые организмы в биологической организации состоят из структурных и функциональных единиц, называемых клетками. Например, бактерии, амебы, архебактерии и т. Д. Являются одноклеточными организмами. Люди и многие другие организмы являются многоклеточными, в которых может быть около 100 000 000 000 000 клеток!
Ткань
Группа клеток, которые могут иметь или не иметь сходные характеристики, называется тканью.Каждой ткани присваивается определенный набор функций в организме живого организма. Соединительная ткань, мышечная ткань, нервная ткань и эпителиальная ткань являются тканями у животных, тогда как меристематические ткани и постоянные ткани являются тканями растений.
Орган
Хотите написать для нас? Ну, мы ищем хороших писателей, которые хотят распространять информацию. Свяжитесь с нами, и мы поговорим …
Давайте работать вместе!
Теперь, когда различные типы тканей организованы или сгруппированы вместе, они образуют так называемый орган.Эти ткани позволяют определенному органу выполнять свою конкретную задачу. Примерами являются сердце, легкие, почки, желудок и т. Д.
Органная система
Органная система состоит из группы органов, которые предназначены для выполнения широкого набора функций, особенно у многоклеточных организмов. Несколько органов в системе работают вместе как единое целое. Например, система кровообращения работает с помощью сердца, крови и сосудов.
Организм
Растения, животные, люди, бактерии и т. Д.и любая форма жизни известна как организм. Его можно рассматривать как целостную структуру систем органов, органов, органелл и всех других компонентов, которые работают по-своему определенным образом для осуществления различных жизненных процессов.
Население
Теперь мы подошли к более широкой части уровней биологической организации. Группа межпородных организмов одного и того же вида, обитающая в определенной области, называется популяцией. Например, популяция мышей в сарае.
Виды
Вид — это просто определяющий термин для данного вида организма. Например, люди являются разновидностью видов, которые отличаются от других видов животных или растений.
Сообщество
Группа взаимодействующих организмов различных видов, живущих в данной области, называется сообществом.
Экосистема
Экосистема состоит из биотических или абиотических компонентов окружающей среды, таких как климат, ландшафт, животные и растения; взаимодействие группы организмов и их среды, если быть точным! Например, пруды, реки, леса, лиманы и луга.
Биосфера
Биосфера просто определяется как области на, под и над поверхностью, а также атмосфера Земли, где существуют живые организмы. Биосфера может варьироваться от атмосферы до очень холодной среды и от глубоководных отверстий океанических глубин до очень жаркой среды.
Частицы, начиная прямо от субатомного состояния до состояния организма, включены в уровни биологической организации. Как вы можете сделать вывод, каждый компонент на одном уровне связан с другим на следующем уровне и так далее.Его можно назвать биологической цепью, в которой все факторы взаимозависимы друг от друга.
Похожие сообщения
- Размножение у водорослей
Размножение у водорослей может быть вегетативным, бесполым или половым. Вегетативное размножение происходит за счет фрагментации, бесполое — за счет образования спор и деления на две части, тогда как половое размножение происходит за счет слияния…
- Использование водорослей
Водоросли представляют собой группу автотрофных и эукариотических организмов.Помимо того, что они чрезвычайно питательны, они все чаще используются в промышленных целях. Узнайте о некоторых действительно интересных применениях водорослей,…
Системная биология | Британика
Системная биология , изучение взаимодействия и поведения компонентов биологических объектов, в том числе молекул, клеток, органов и организмов.
системная биология Достижения в понимании биологических систем и в вычислительной интерпретации этих систем позволили биологам программировать клетки млекопитающих. Показанные ячейки были запрограммированы для вычисления основных логических операций благодаря очень сложной искусственной генной сети. Йозеф Кустер / ETH ZurichОрганизация и интеграция биологических систем издавна интересовала ученых. Системная биология как формальная, организованная область исследования, однако, возникла из революции геномики, которая была катализирована Проектом Генома Человека (HGP; 1990–2003) и доступностью для биологов последовательностей ДНК геномов человека и многих других. другие организмы. На создание поля также сильно повлияло общее признание того, что организмы, клетки и другие биологические объекты обладают высокой степенью сложности.Две доминирующие темы современной биологии коренятся в этом новом мировоззрении: во-первых, представление о том, что биология является фундаментально информационной наукой — биологические системы, клетки и организмы хранят и передают информацию в качестве своих наиболее фундаментальных процессов, а во-вторых, появление новых технологии и подходы к изучению биологической сложности.
Биологические организмы очень сложны, и многие их части взаимодействуют различными способами. Таким образом, их можно рассматривать в целом как интегрированные системы.Тем не менее, в то время как интегрированная сложная система, такая как система современного авиалайнера, может быть понята из ее инженерного проекта и подробных планов, попытка понять интегрированную систему, которая является биологическим организмом, является гораздо более сложной, прежде всего потому, что количество и сила взаимодействий в система великолепна, и все они должны быть выведены после факта из поведения системы. Таким же образом, проект для его дизайна должен быть выведен из его генетического материала. Эта точка зрения «интегрированных систем» и все связанные с ней подходы к исследованию биологических клеток и организмов в совокупности называются системной биологией.
Сложность и эмерджентные свойства
Многие из наиболее важных аспектов работы клетки являются результатом коллективного поведения многих молекулярных частей, действующих вместе. Эти коллективные свойства, часто называемые «возникающими свойствами», являются критическими атрибутами биологических систем, поскольку одного лишь понимания отдельных частей недостаточно для понимания или прогнозирования поведения системы. Таким образом, возникающие свойства обязательно происходят от взаимодействия частей большей системы.Например, память, которая хранится в человеческом мозге, является эмерджентным свойством, потому что ее нельзя понимать как свойство одного нейрона или даже множества нейронов, рассматриваемых по одному за раз. Скорее, это коллективная собственность большого количества нейронов, действующих вместе.
Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодняОдним из наиболее важных аспектов отдельных молекулярных частей и сложных вещей, которые они составляют, является информация, которую части содержат и передают.В биологии информация о молекулярных структурах — о химических свойствах молекул, которые позволяют им узнавать и связывать друг друга — является центральной для всех процессов. Такая информация обеспечивает основу для понимания биологических систем, значение которых было глубоко уловлено американским физиком-теоретиком Линусом Полингом и французским биологом Эмилем Цукеркандлом, который заявил в совместном документе: «Жизнь — это связь между молекулами, а не свойство какого-либо одна молекула.Другими словами, жизнь определяется в терминах взаимодействий, отношений и коллективных свойств многих молекулярных систем и их частей.
Главный аргумент, касающийся информации в биологии, можно увидеть, рассмотрев наследственность информации или передачу информации от одного поколения к другому. Для данного вида информация в его геноме должна сохраняться за счет размножения, чтобы гарантировать выживание вида. ДНК передается точно, что позволяет генетической информации вида сохраняться и со временем эволюционировать.Информация, которая существует в живых существах сегодня, накопилась и формировалась в течение более 3,4 миллиардов лет. В результате, сосредоточение внимания на молекулярной информации в биологических системах обеспечивает полезную точку зрения для понимания того, как работают живые системы.
То, что возникающие свойства, полученные из коллективной функции многих частей, являются ключевыми свойствами биологических систем, известно, по крайней мере, с первой половины 20-го века. Они широко обсуждались в клеточной биологии, физиологии, биологии развития и экологии.Например, в экологии дебаты относительно важности сложности в экологических системах и взаимосвязи между сложностью и экологической стабильностью начались в 1950-х годах. С тех пор ученые поняли, что сложность является общим свойством биологии, и были разработаны технологии и методы для понимания частей и их интерактивного поведения на молекулярном уровне. Количественные изменения в биологии, основанные на биологических данных и экспериментальных методах, вызвали глубокие качественные изменения в том, как биологические системы рассматриваются, анализируются и понимаются.Последствия этого изменения были огромными, что привело к сдвигам в том, как проводятся исследования и как понимается биология.
Сравнение с системной инженерией может дать полезную информацию о природе системной биологии. Когда инженеры проектируют системы, они исследуют известные компоненты, которые могут быть объединены таким образом, чтобы создать систему, которая ведет себя в соответствии с предписаниями, в соответствии с проектными спецификациями. Когда биологи смотрят на систему, с другой стороны, их первоначальными задачами являются идентификация компонентов и понимание свойств отдельных компонентов.Затем они пытаются определить, каким образом взаимодействия между компонентами в конечном итоге создают наблюдаемое биологическое поведение системы. Процесс более тесно связан с понятием «обратный инжиниринг систем», чем с проектированием систем.
Проект «Геном человека» внес большой вклад в эту революцию в биологии, по крайней мере, тремя различными способами: (1) путем получения «генетического« списка частей »всех генов в геноме человека; (2) путем стимулирования разработки высокопроизводительных технологических платформ для создания больших наборов данных для ДНК, РНК и белков; и (3) путем поощрения и содействия разработке вычислительных и математических инструментов, необходимых для анализа и понимания больших массивов данных.Можно утверждать, что проект стал последним катализатором, который привел к переходу к системной точке зрения в биологии.
,Это книга, которую можно читать на двух уровнях: либо качественное понимание поведения, либо на более детальном математическом уровне. Лично я нашел качественные идеи очень интересными, даже довольно захватывающими.Однако иногда я обнаруживал, что проза и математическое изложение не так ясны, как «Математическое моделирование в системной биологии: введение» (https: //www.goodreads.com/book/show/1 …). По этой причине я решил дать подробное резюме некоторых качественных результатов, чтобы продвинуть более широкую оценку этих идей вне их математического контекста. К счастью, эти идеи были чрезвычайно хорошо организованы, с приблизительной главой для каждого пункта ниже.
Как клетка контролирует условия, при которых данному гену разрешено экспрессировать белок? Работа, стоящая за этой книгой, выясняется, сначала собрав сеть активаций и репрессий на работе в клетке, абстрагируя биохимические особенности.Затем выясняется, какие мотивы (структурные паттерны) встречаются гораздо чаще (и реже) в этих сетях по сравнению с случайно собранными сетями. Каждый мотив затем проверяется на то, какую функцию он затем выполняет.
Давайте теперь поговорим о некоторых общих мотивах, обнаруженных при таком подходе. Предположим, что a-> b означает активацию, а a- | b означает репрессию.
* Самовосстановление (a- | a) является часто встречающимся мотивом. Это позволяет очень быстро активировать «а» с уверенностью, что он будет регулировать свой собственный уровень.
* Последовательный цикл прямой связи является очень распространенным мотивом (a-> b, a-> c, b-> c). Это действует, чтобы отфильтровать переходные изменения в «а». Если и «a», и «b» требуются для активации «c», то «c» не будет выражаться, если «a» не активируется достаточно долго, чтобы также активировать «b». Точно так же, если «a» или «b» достаточно для активации «c», то временные пробелы в производстве «a» не будут влиять на производство «c» из-за присутствия «b».
* Непоследовательная петля прямой связи также распространена (a-> b, a-> c, b- | c).Это учитывает начальный импульс «с» на «а», но затем он контролируется «б».
* Колеблющийся тройной цикл, называемый «репрессилатор» (a- | b, b- | c, c- | a), является антимотивом, почти никогда не встречающимся в биологии, из-за присущей ему нестабильности. Вместо этого, биология реализует колебательное поведение с более стабильной двухузловой схемой (x-> x, x-> y, y- | x, где взаимодействие y- | x очень быстро в масштабе схемы).
* Мотивы для координации нескольких этапов можно различить в более крупных графических мотивах.Изменяющиеся ответы на общий вход могут создавать первый-последний-последний стек активации. Различные значения чувствительности к «a» и «b» когерентных петель прямой связи могут создавать очереди «первым пришел — первым вышел», когда «a» падает до меньших концентраций по отношению к «b».
* Развитие часто должно вызывать необратимые изменения. В результате последующие эффекты сигнала развития «а» часто оказывают взаимное влияние (a-> b, a-> c, b-> c, c-> b) или подавление (a-> b, x-> c , b- | c, c- | b) для удержания эффекта на месте после сигнала развития.
Вторая половина книги посвящена инженерным аспектам надежности и оптимизации затрат. Как клетка посылает правильные сигналы, транскрибирует правильные белки и экспрессирует правильные гены при минимальных затратах на управление?
* В процессе развития различные части организма сигнализируются концентрациями морфогенов. Независимая диффузия и соответствующее экспоненциальное затухание не приводят к градиентам достаточной длины в некоторых приложениях, что решается морфогеном, имеющим более быстрое затухание во взаимодействии с самим собой, что приводит к степенной скорости затухания.
* В другой системе разработки, в которой морфоген был бы связан ингибитором в комплекс, но этот ингибитор был бы разрушен протеазой, также мог бы проявляться степенный распад, если только ингибированный комплекс мог диффундировать в значительная скорость, и протеаза может расщеплять ингибитор только в этом комплексе, показывая силу связывания там, где самовзаимодействие не подходит.
* Кинетическая корректура — это феномен проверки биологических ошибок, при котором частично принятый предмет (например, допущенный в мембрану) связывается в комплекс, а затем снова оценивается.Если элемент не проходит вторую оценку и извлекается, комплекс не может быть проверен повторно, что создает уровень проверки ошибок, эффективно возводящий в квадрат качество оценки.
* В клетках часто возникают соответствующие мотивы регулирования и контроля для условий окружающей среды, которым они подвержены. Например, для гена, подлежащего регулированию, требуется как определенное расхождение в значении пригодности для того, экспрессируется ли ген, так и изменчивость в окружающей среде.Чем меньше расхождение или меньше вариабельность, тем больше вероятность того, что ген просто экспрессируется или нет, без дополнительной нагрузки на генную регуляцию. Аналогичным образом, для развития петли прямой связи должна быть определенная вероятность переходных сигналов в окружающей среде, которые вызывают экспрессию регулируемого гена, вызывая достаточное влияние на пригодность для стоимости экспрессии петли прямой связи. , Таким образом, структура генной регуляции часто дает представление об окружающей среде, для которой оптимизируется регулирующая структура.
* Регулируемые гены, которые необходимо экспрессировать большую часть времени, обычно требуют экспрессии связывания, в то время как регулируемые гены, которые необходимо репрессировать большую часть времени, требуют репрессии связывания. Конечно, учитывая вышеприведенное обсуждение оптимизации, это застало меня врасплох: почему большую часть времени приходится платить за производство регуляторного белка? Один из ответов заключается в том, что несвязанное состояние может быть случайно активировано химически подобными белками. Сохраняя состояние в том состоянии, в котором оно обычно требуется, оно с меньшей вероятностью будет деактивировано (или, соответственно, активировано) по ошибке.
В целом, как вы можете видеть, эта книга предоставляет фантастическую интуицию и понимание регуляторной динамики микробиологической активности. Я думаю, что эта книга является прекрасным соединением с «Введение в системную биологию: принципы проектирования биологических схем», но она все же раскрыла бы существенные идеи сама по себе.
Минутку …
Пожалуйста, включите Cookies и перезагрузите страницу.
Этот процесс автоматический. Ваш браузер будет перенаправлен на запрошенный контент в ближайшее время.
Пожалуйста, подождите до 5 секунд …
+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (+ [] + (!! []) — (! + [] — (!! []) []) +) + (+ [] + (!! [!]) +! ! [] + !! []) + (+ !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [+ !! [] + !! [] + !!] [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+ [] + (!! [!]) — []) + (! + [] + (!! []) + !! [])) / + ( (! + [] + (!! []) — [] + []) + (+ [] — (!! []!)) + (+ [] + (!! []) + !! [ ] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [+ !! [] + !!] [] + !! [] + !! []) + (+ !! []) + (+ [] — (!! [])) + (+ [] + (!! [!]) — []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []))
+ ((! + [] + ( !! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (+ !! []) + (+ [] — (!! []!)) + (+ [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [ ]) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+! ! [])) / + ((! + [] + (!! []) + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+ [] — (!! []) (! + [] + (!! [])) + + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+ !! []) + (+ !! []) + (! + [ ] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []))
+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] +! ! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [ ] — (!! [])) + (+ [] — (!! []!)) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (+ [] + ( !! []) + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] + (!! []) +! ! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [])) / + ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + ( ! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+ [] + (!! [!]) — []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! [] ) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (+ !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []))
+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (+ !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (+ [] — (!! []!)) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (+ [] + (!! [] ) -! []) + (+ [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (+ [] + (!! []) + !! [])) / + ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (+ [] + (!! [!]) — []) + (+ [] + (!! [!]) — [] ) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+ [] — (!! [ ])) + (+ [] + (!! []) — []) + (+ [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []))
+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] —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
+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (+ !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] +! ! (! + [] — (!! []) []) +!) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (+ [] + ( !! []) -! []) + (+ [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (+ [] + (!! []) + !! [ ])) / + ((+ [] + (!! [!]) — [] + []) + (+ [] — (!! []!)) + (+ [] + (!! [ ]) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) — []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+ [] — (!! [] )) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []))
+ ((! + [] + (!! []) + !! [ ] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (+ !! []) + (! + [] + (!! [] ) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (+ [] — (!! [])) + (+ [] + (!! [!]) + !! [] + !! []) + (+ []! + (!! []) — []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (+ [] + (!! [!]) +! ! [])) / + ((+ !! [] + []) + (+ [] + (!! [!]) — []) + (! + [] + (!! []) — [ ]) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] ) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [ ] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+ !! []) + (+ !! []) + (! + [ ] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []))
+ ((! + [] + (!! []) + !! [ ] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! [] +! ! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] +! ! [] + !! []) + (+ [] — (!! []) (! + [] + (!! [])) + + !! [])) / + ((+ !! [] + []) + (+ [] + (!! [!]) — []) + (! + !! []) + (+ [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! [ ]) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+ [] + (!! []) -! []) + (+ [ ] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+ !! []))
+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] +! ! [] + !! [] + !! [] + []) + (+ !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] +! ! [] + !! [] + !! []) + (+ [] + (!! [!]) + !! [] + !! [] + !! []) + (+ [!] — (!! [])) + (+ [] + (!! [!]) + !! [] + !! []) + (+ [] + (!! [!]) — []) + ( ! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [])) / + ( (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (+! ! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + ( ! + [] + (!! []) — []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] +! ! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + ( ! + [] + (!! []) — []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] +! ! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []))
+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (+ !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (+ [] — (!! []!)) + (+ [] + (!! [ ]) + !! [] + !! []) + (+ [] + (!! []) — []) + (+ [] + (!! []) + !! [] +! ! []) + (! + [] + (!! []) + !! [])) / + ((! + [] + (!! []) + !! [] + []) + ( + !! []) + (! + [] + (!! []) — []) + (+ [] — (!! [])) + (+ !! []) + (+ !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] — (!! [])))
+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] +! ! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+ [] —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
,