§ 2. Устройство живых систем

Определения и обозначения

Живая система — целостное образование из взаимодействующих частей, обладающее свойствами живого. Например, организм поддерживает свою жизнедеятельность благодаря совместной работе органов и клеток. Понятие системы помогает увидеть не только состав объекта, но и то, как его части обеспечивают работу целого.

Элемент системы — её часть, которая связана с другими частями и участвует в работе целого. Элементом может быть орган клетки, отдельный организм в популяции или организм в экосистеме. Это понятие нужно, чтобы определить состав системы и проследить, как изменение одной части влияет на остальные.

Уровень организации живой природы — ступень устройства живого, отличающаяся характерными системами и связями между ними. Так, клеточный уровень связан с работой клетки, а экосистемный — с взаимодействием живых организмов и среды. Понятие позволяет сравнивать объекты не только по размеру, но и по тому, какие процессы и связи для них главные.

Иерархия живых систем — их расположение по уровням, при котором системы одного уровня входят в состав систем более высокого уровня. Например, клетки входят в организм, а организмы одного вида могут образовать популяцию. Это понятие показывает, как отдельные системы включаются в более крупные и почему уровни связаны между собой.

Как это устроено

Организмы и объединения организмов рассматривают как системы, потому что их части взаимозависимы. Если нарушается работа одной части, это может повлиять на другие и на целое. Например, органы организма выполняют разные задачи, но их согласованная работа поддерживает жизнь. Поэтому свойства организма нельзя полностью объяснить, рассматривая каждый орган отдельно.

Чтобы изучить систему, сначала выясняют, из каких элементов она состоит, затем рассматривают связи между ними и взаимодействие с окружающей средой. Такой разбор помогает понять, почему одинаковые элементы могут работать по-разному в разных системах. Клетка, например, включает структуры, выполняющие разные функции, но обмен веществ возможен благодаря их согласованной работе. А организм взаимодействует со средой, получая вещества и энергию и отдавая продукты обмена.

Живую природу описывают через несколько уровней организации: клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный и биосферный. На клеточном уровне система — клетка, на организменном — отдельный организм. Популяционно-видовой уровень охватывает группы особей одного вида, а экосистемный — сообщества организмов вместе с условиями неживой среды. Биосферный уровень объединяет экосистемы Земли.

Системы нижнего уровня входят в системы более высокого: клетка входит в организм, организмы образуют популяции, а популяции участвуют в жизни экосистем. Однако переход к следующей ступени не означает лишь прибавление частей или увеличение размера. В крупной системе появляются новые взаимодействия и свойства, зависящие от совместной работы элементов. Например, отдельные организмы не образуют круговорот веществ экосистемы, пока не включены в связи друг с другом и со средой.

На каждом уровне заметны свои характерные связи и свойства. Для клетки важны обмен веществ и взаимодействие её частей, а для популяции — отношения между особями одного вида и их размножение. В экосистеме организмы связаны пищевыми отношениями и обменом веществ с неживой средой. Поэтому, определяя уровень, нужно выяснить не только, какие объекты перед нами, но и какие связи объединяют их в целое.

Уровни организации живой природы

Пользуйтесь таблицей так: сначала найдите, какой объект выступает системой, затем определите его состав. После этого соотнесите его характерные связи с уровнем организации. Если объект крупный, это ещё не означает, что он относится к более высокому уровню: решающими остаются состав и связи.

Разбор задач

Задача 1. Распределите клетку, организм, популяцию волков, лес и биосферу по уровням организации живой природы. Сначала нужно установить, что представляет собой каждый объект, а затем выяснить, какие части и связи для него характерны. Не следует выбирать уровень только по величине объекта: сравните его устройство с признаками уровней из таблицы.

1. Клетка — система из связанных клеточных структур, поэтому это клеточный уровень.
2. Организм — отдельное живое существо, части которого совместно поддерживают жизнедеятельность; это организменный уровень.
3. Популяция волков состоит из особей одного вида, связанных общей территорией и размножением, поэтому относится к популяционно-видовому уровню.
4. Лес включает организмы и неживую среду, а значит, является системой экосистемного уровня.
5. Биосфера объединяет экосистемы Земли, поэтому это биосферный уровень.

Ответ: клетка — клеточный; организм — организменный; популяция волков — популяционно-видовой; лес — экосистемный; биосфера — биосферный уровень.

Задача 2. Назовите систему, в которую входит популяция берёз, и приведите пример связи этой популяции с другой частью системы. Нужно начать с определения самой популяции: это совокупность берёз одного вида на определённой территории. Затем следует перейти на следующий уровень и найти систему, в которой вместе существуют организмы и неживая среда.

1. Популяция берёз входит в состав экосистемы, например леса.
2. В лесу популяция связана с другими популяциями и компонентами среды.
3. Пример связи: берёзы используют воду и минеральные вещества почвы, а их опавшие листья становятся пищей для организмов-разлагателей.

Ответ: популяция берёз входит в лесную экосистему. Она связана с почвой и организмами-разлагателями через использование веществ и их возвращение в среду.

Задача 3. В описании леса перечислены растения, животные, грибы, почва и связи между ними. Объясните, почему лес можно считать системой, и укажите свойства, связанные именно с этим уровнем. Важно проверить, есть ли не только набор компонентов, но и взаимодействия. Затем нужно назвать свойства экосистемы, а не приписывать их отдельному организму.

1. Растения, животные, грибы и почва — части леса, взаимодействующие между собой.
2. Растения получают вещества из среды, животные питаются организмами, а грибы и другие разрушители разлагают остатки.
3. Из этих связей складываются поток энергии и круговорот веществ — свойства системы экосистемного уровня.

Ответ: лес является системой, потому что его живые и неживые компоненты связаны и влияют друг на друга. К экосистемным свойствам относятся пищевые связи и круговорот веществ между организмами и средой.

Типичные ошибки

Первая ошибка — считать уровни просто перечнем объектов от маленьких к большим. Её допускают, когда ориентируются только на размер, хотя уровень определяется ещё составом, связями и свойствами системы. Проверьте себя: можете ли вы назвать характерные взаимодействия объекта, а не только его величину? Если нет, определение уровня пока не обосновано.

Вторая ошибка — путать организм и популяцию. Отдельный волк является организмом, а несколько особей одного вида, связанных общей территорией и размножением, образуют популяцию. Путаница возникает потому, что оба примера включают живых существ. Для проверки спросите себя, рассматривается ли одно существо или группа особей одного вида.

Третья ошибка — считать систему простой суммой её частей. Так думают, если перечисляют элементы и забывают об их взаимодействии. Но связи частей могут создавать свойства, которых нет у каждого элемента по отдельности, например круговорот веществ в экосистеме. Проверьте ответ: указали ли вы, как элементы связаны и какое общее свойство это объясняет?

Четвёртая ошибка — полагать, что каждый новый уровень полностью заменяет предыдущий. Такое представление возникает, если уровни воспринимать как отдельные ступени, не связанные между собой. На самом деле клеточные системы входят в организмы, организмы — в популяции и экосистемы. Проверить себя можно вопросом: какие системы нижнего уровня входят в рассматриваемую систему?

Связь с другими темами

Для изучения устройства живых систем нужны знания о признаках живого и различиях между клеткой, организмом, видом и экосистемой. Понятие клетки и её частей пригодится, когда вы будете изучать строение и жизнедеятельность организмов: работу целого можно объяснить через связи его элементов. Иерархия уровней станет опорой при изучении экологии, популяций, экосистем и биосферы. В этих темах важно прослеживать, как организмы взаимодействуют друг с другом и со средой.

Что запомнить

• Живая система состоит из взаимодействующих частей.
• Свойства целого зависят не только от его частей, но и от связей между ними.
• Живую природу рассматривают на нескольких уровнях организации.
• Системы одного уровня могут входить в системы более высокого уровня.
• Для каждого уровня характерны свои связи и свойства.
• Биосфера объединяет экосистемы Земли.