Живые системы и их структурные уровни

 

Одной из важнейших концепций, специфичной для биологии XX в., стала концепция структурных уровней организации живой природы, находящихся между собой в отношениях иерархического соподчинения. Эта точка зрения – результат применения системного подхода, родившегося в XX веке.

Системный подход в биологии

 

При рассмотрении вопроса о сущности системного подхода акцент был сделан на уровень элементарных частиц, атомных ядер, атомов, молекул, макроскопических тел, планет и планетных систем и т.д. Аналогичную процедуру мы можем проделать и с живой природой, выделив в ней системы, соответствующие системам микро-, макро- и мегамира в неживой природе. Но при этом нужно помнить, что в биологии данный подход обладает существенными особенностями, так как на каждом уровне организации материи мы не должны забывать о его биологической специфике. Например, мы можем изучать состав и строение биополимеров - кирпичиков, из которых складывается живая клетка, но при этом мы должны учитывать, что биополимеры - не просто изолированные макромолекулы (для их анализа было бы достаточно химии), а части живой клетки, играющие в ней определенную роль, которую мы должны выяснить. Поэтому на каждом уровне организации живой природы интерес ученых должен быть направлен не только на изучение физической и химической организации изучаемой системы, а на изучение феномена жизни. В случае ошибки чрезмерный редукционизм не позволит нам рассмотреть и понять специфику живых систем.

Таким образом, системный подход в биологии требует описывать всю сложность живых систем, показывая их целостность и специфичность по сравнению с неживой природой. Для этого любой изучаемый объект живой природы должен быть описан на всех уровнях жизни, а затем наступает этап суммирования и синтезирования полученных знаний. Это очень сложная задача, к тому же не всегда выполнимая. Поэтому среди ученых есть противники такого структурирования и выделения уровней познания при изучении биологических объектов. Они исходят из того, что жизнь, это уникальное явление, совершенно не сводимое к физико-химической основе, должна изучаться в целостности и во всем своем многообразии. Такой подход, называемый витализмом, также приводит к ошибкам в процессе познания, поскольку разрывает связь живых организмов с их физической и химической основой. Поэтому ученым-биологам приходится балансировать между опасностями полного редукционизма (сведения жизни до физических и химических процессов и явлений) и идеей витализма – полной несводимости биологических процессов и явлений к совокупности составляющих их реакций.

Тем не менее, системный подход берет верх и находит все большее число сторонников среди современных ученых. Они осознали, что биологические явления очень сложны для изучения и понимания как по своей органической структуре, так и по своим функциональным проявлениям. Отсюда очевидно, что без деления таких сложных систем на отдельные части просто не обойтись.

Хотя современный взгляд на соотношение целостности живых объектов и совокупности составляющих их частей начал формироваться только в 20-е годы XX века, проблема различной степени упорядоченности и организованности живой материи возникла у натуралистов еще в XVIII–XIX вв. Первым толчком к этому стало создание в 1830-е гг. клеточной теории Шлейденом и Шванном, поскольку именно клетка является основной структурной единицей жизни. А уже в 1846 г. М. Шлейден сформулировал положение о существовании живых тел различного порядка организованности. Быстро выяснилось, что структуру имеют не только живые объекты, состоящие из клеток, но и сама живая клетка (хотя первоначально думали, что клетка не имеет структуры). Гипотезу о существовании надмолекулярных частиц (пластидул), из которых состоит протоплазма клеток, выдвинул Э. Геккель.

Понятие структурных уровней живых систем было разработано в 1920-е годы американскими философами Г. Брауном и Р. Селларсом. Согласно их теории, эти уровни различаются не только классами сложности, но и закономерностями их функционирования. Они выдвинули идею иерархической соподчиненности уровней, вхождения каждого последующего уровня в предыдущий с образованием единого целого, причем низший уровень угадывается в самом высшем. В рамках этой концепции понятие уровней организации слилось как с понятием органической целостности, так и с понятием системы, в которой каждый новый уровень возникает не посредством разрушения предыдущего, а через процессы объединения и организации в единую систему.

Эта концепция, наряду с натуралистической, физико-химической и эволюционной биологией, служит эффективным инструментом для получения комплексного интегрированного знания, на котором может возникнуть теоретическая биология.