1.2. Критерии живых систем

Определения и обозначения

Живая система — система, обладающая совокупностью свойств, отличающих её от неживых объектов. К живым системам относят, например, клетку, организм или популяцию. Определение нужно, чтобы оценивать объект не по внешнему сходству с живым, а по характерным для жизни признакам.

Обмен веществ и энергии — поступление веществ и энергии в организм, их преобразование и использование, а также удаление продуктов обмена. Организм получает необходимые вещества из окружающей среды и перестраивает их для своих нужд. Это понятие помогает увидеть, что жизнедеятельность включает не только питание, но и целую последовательность взаимосвязанных процессов.

Саморегуляция — способность организма поддерживать относительное постоянство внутренней среды и согласовывать работу своих частей. Например, организм меняет работу органов в ответ на нагрузку или изменение температуры. Саморегуляция нужна, чтобы внутренние процессы продолжались согласованно, даже когда условия вокруг меняются.

Раздражимость — способность живых систем реагировать на изменения внешней и внутренней среды. Такими изменениями могут быть свет, температура или сигнал о состоянии организма. Понятие помогает отличить реакцию живой системы от простого перемещения предмета под действием внешней силы.

Как это устроено

Клеточное строение объединяет большинство живых организмов: одни состоят из одной клетки, другие — из множества. Клетку называют структурной и функциональной единицей жизни, потому что именно в ней происходят основные процессы, необходимые для существования. В многоклеточном организме клетки специализируются, но зависят друг от друга и работают согласованно. Вирусы не имеют клеточного строения, поэтому их рассматривают как особый случай, а не как опровержение клеточного критерия.

Обмен веществ и энергии нужен, потому что организм постоянно расходует вещества и энергию на поддержание своей работы. Полученные вещества могут включаться в состав клеток или преобразовываться, а энергия — запасаться и использоваться для процессов жизнедеятельности. При таких превращениях образуются продукты обмена, часть которых организму не нужна и должна быть удалена. Если учитывать только поступление пищи, останутся незамеченными её преобразование, расход энергии и выведение продуктов.

Саморегуляция позволяет организму сохранять устойчивую работу, хотя внешние условия и внутренние потребности меняются. Разные части организма не действуют независимо: изменение работы одной может потребовать ответа от других. Благодаря согласованию процессов внутренние условия поддерживаются в подходящих для жизни пределах, хотя это постоянство относительное, а не абсолютное. Поэтому саморегуляция помогает организму приспосабливать свою работу к нагрузке и переменам среды.

Раздражимость даёт живой системе возможность воспринимать изменения и отвечать на них. Реакция помогает организму взаимодействовать со средой: например, побег растения может расти в направлении источника света. Способы ответа различаются у растений, животных и одноклеточных организмов, потому что у них неодинаковы строение и возможности. Такая реакция не обязательно выглядит как быстрое перемещение всего организма: изменение может быть постепенным или происходить внутри него.

Размножение, наследственность и изменчивость вместе обеспечивают продолжение жизни и различия между организмами. При размножении появляются новые организмы, а наследственность помогает передавать им признаки родителей. Изменчивость приводит к тому, что потомки и другие представители вида могут отличаться друг от друга. Рост и развитие описывают изменения отдельного организма: рост связан с увеличением размеров или массы, а развитие включает качественные изменения строения и функций.

Основные критерии живых систем

Таблица помогает сопоставить наблюдаемое свойство с его проявлением и значением для организма. При оценке объекта проверяйте несколько критериев сразу: отсутствие одного признака ещё не всегда даёт полный ответ. Особенно полезно это при разборе объектов с необычным образом существования, например вирусов.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Определите, какое свойство живых систем проявляется, когда растение поворачивает побег к источнику света. Чтобы ответить, нужно установить, что именно меняется и чем вызвано изменение. Сам факт движения ещё не означает, что растение перемещается с места на место.

1. Выделяем воздействие: на растение действует свет, то есть меняется условие внешней среды. Это раздражитель, на который растение способно реагировать. Поэтому ищем критерий, связанный с восприятием и ответом на воздействие.
2. Определяем ответ организма: побег меняет направление роста и поворачивается к источнику света. Это не перемещение всего растения, а направленная реакция его части. Значит, связывать пример только с движением было бы неточно.
3. Сопоставляем воздействие и реакцию с определением критериев. Способность живой системы отвечать на изменения среды называется раздражимостью. Именно она проявляется в данном случае.

Ответ. Поворот побега к свету — проявление раздражимости. Растение воспринимает воздействие света и отвечает изменением направления роста.

Задача 2

Условие. После физической нагрузки у человека учащается дыхание, а затем постепенно возвращается к обычному. Назовите критерий, который объясняет это изменение. В условии описана не только реакция на нагрузку, но и последующее восстановление привычного режима.

1. Сначала замечаем изменение: после нагрузки дыхание становится чаще. Это связано с тем, что работа организма изменилась и ему нужно согласовать деятельность разных систем с новыми условиями. Учащение дыхания — часть ответа организма на нагрузку.
2. Затем учитываем продолжение ситуации: после окончания нагрузки дыхание постепенно возвращается к обычному темпу. Значит, организм не просто реагирует на воздействие, но и перестраивает работу так, чтобы восстановить внутреннее равновесие. Это указывает на согласование процессов.
3. Сравниваем наблюдение с определениями. Поддержание относительного постоянства внутренней среды и согласование работы частей организма относятся к саморегуляции. Поэтому именно этот критерий объясняет весь ход изменения, включая восстановление.

Ответ. Это проявление саморегуляции. Она помогает организму приспособить дыхание к нагрузке, а после неё вернуть его к обычному режиму.

Задача 3

Условие. Вирусы способны размножаться только внутри клеток хозяина, а вне клетки не проявляют обмена веществ. Объясните, почему их положение на границе живой и неживой природы вызывает затруднения. Здесь нужно учесть и признаки, похожие на живые, и особенности, отличающие вирусы от клеточных организмов.

1. Отмечаем признак, который сближает вирусы с живыми системами: внутри клетки хозяина они способны размножаться. Это важное свойство, но оно не описывает все стороны их существования. По одному признаку нельзя уверенно отнести объект к живым организмам.
2. Учитываем особенности вне клетки: вирусы не проявляют обмена веществ и не имеют клеточного строения. Эти признаки отличают их от организмов, самостоятельно осуществляющих жизненные процессы. Получается, что проявление свойств вируса зависит от того, находится ли он внутри клетки хозяина.
3. Сопоставляем все данные, а не выбираем один удобный критерий. Размножение внутри клетки указывает на сходство с живым, а отсутствие клеточного строения и обмена вне клетки осложняет однозначную оценку. Поэтому положение вирусов обсуждают как особое, пограничное.

Ответ. Вирусы проявляют отдельные свойства живого, например размножаются внутри клетки, но не имеют клеточного строения и вне клетки не ведут обмена веществ. Их оценивают по совокупности критериев, поэтому однозначно отнести их к обычным клеточным организмам нельзя.

Типичные ошибки

Ошибка: считать любой отдельный признак достаточным для определения жизни. Так рассуждают, когда замечают лишь одно сходство, например способность размножаться, и не учитывают остальные свойства. Но критерии оценивают в совокупности, поскольку отдельный признак не всегда даёт полную картину. Проверьте себя: перечислены ли в объяснении несколько критериев и учтены ли признаки, которые им противоречат?

Ошибка: путать раздражимость с движением. Её допускают, если считают реакцией только заметное перемещение организма. Между тем живой организм может отвечать на раздражитель изменением направления роста или внутренних процессов. Проверьте себя: назовите воздействие среды и ответ на него; если организм не перемещается, это ещё не исключает раздражимость.

Ошибка: сводить обмен веществ только к питанию. Так происходит, когда поступление пищи принимают за весь процесс. На самом деле вещества преобразуются и используются, энергия расходуется или запасается, а продукты обмена выводятся. Проверьте себя: можете ли вы назвать не только поступление, но и дальнейшие превращения и удаление продуктов?

Ошибка: считать рост и развитие одним и тем же. Их смешивают, потому что оба процесса происходят по мере жизни организма и могут идти одновременно. Однако рост связан с увеличением размеров или массы, а развитие охватывает качественные изменения организма. Проверьте себя: если описано изменение строения или функций, одного слова «рост» недостаточно.

Связь с другими темами

Для понимания критериев важно знать, что клетка — основная структурная и функциональная единица большинства живых организмов. Эта тема связана с клеточным обменом веществ и энергетическими процессами: они показывают, как организм получает и использует вещества и энергию. Саморегуляция соотносится с поддержанием гомеостаза — относительного постоянства внутренней среды. Критерии помогают сравнивать организмы и обсуждать, почему вирусы занимают особое положение среди форм жизни.

Что запомнить

• Живые системы характеризуются не одним признаком, а их совокупностью.
• Клетка — основная структурная и функциональная единица большинства живых организмов.
• Обмен веществ и энергии необходим для жизнедеятельности.
• Саморегуляция помогает поддерживать постоянство внутренней среды.
• Раздражимость — способность отвечать на воздействия среды.
• Размножение, наследственность и изменчивость обеспечивают продолжение и разнообразие жизни.