§ 7. Общие свойства живых систем — биосистем

Определения и обозначения

Биосистема — живая система из взаимосвязанных компонентов, которая взаимодействует с окружающей средой. Её частями могут быть клетки, ткани или органы, а сама она входит в системы более высокого уровня. Это понятие помогает увидеть не только отдельные части, но и связи между ними.

Обмен веществ и энергии — поступление веществ и энергии, их преобразование и использование, а также выведение продуктов обмена. В результате клетки получают материалы и энергию для работы и обновления. Без такого обмена организм не может поддерживать жизненные процессы.

Саморегуляция — способность системы изменять работу своих частей так, чтобы согласовать внутренние процессы и сохранить их относительную устойчивость. Например, организм может усиливать или ослаблять определённые реакции в ответ на изменение условий. Благодаря саморегуляции биосистема не распадается при каждом колебании среды.

Раздражимость — способность живой системы воспринимать воздействия и отвечать на них. Воздействием может быть свет, температура, прикосновение или изменение состава среды. Ответ помогает организму приспособить поведение и работу органов к происходящему.

Как это устроено

Биосистема обладает целостностью, потому что её части связаны и совместно выполняют функции. Работа органа зависит от клеток, из которых он состоит, а состояние клеток — от условий в организме. Поэтому изменение одной части способно нарушить или изменить работу целого. Связи между компонентами позволяют системе действовать согласованно, а не как набор независимых элементов.

Открытость биосистем связана с тем, что для жизнедеятельности нужны вещества и энергия извне. Организм получает воду, питательные вещества и энергию, преобразует их в ходе обмена и использует для движения, роста и других процессов. При этом образуются продукты обмена, которые выводятся. Если поступление и удаление веществ прекратятся, внутренние процессы нарушатся, поэтому обмен со средой необходим для существования системы.

Саморегуляция поддерживает относительное постоянство внутренней среды, или гомеостаз. Показатели организма не остаются совершенно неизменными, но обычно удерживаются в пределах, подходящих для работы клеток. Изменение одного показателя может вызвать ответные процессы, которые ослабляют отклонение. Такая обратная связь помогает органам и клеткам согласовывать работу и сохранять условия, нужные организму.

Наследственность и изменчивость действуют совместно, а не исключают друг друга. Наследственная информация передаётся от родителей потомству, поэтому многие признаки сохраняются из поколения в поколение. При этом потомки различаются: признаки могут сочетаться по-разному, а наследственная информация — изменяться. Эти различия создают материал, на котором действует естественный отбор, поэтому изменчивость важна для эволюции.

Рост и развитие меняют организм в течение жизни, а размножение позволяет жизни продолжаться на уровне вида. Рост связан с увеличением размеров и массы, тогда как развитие включает качественные изменения строения и функций. Эти процессы помогают организму проходить разные этапы жизненного цикла и достигать зрелости. Размножение приводит к появлению новых организмов, поэтому вид может сохраняться даже после гибели отдельных особей.

Общие свойства живых систем

Таблица помогает сравнить свойства по тому, как они проявляются и какую роль выполняют. При разборе примера сначала найдите наблюдаемый процесс, затем соотнесите его с подходящим свойством. Один процесс может показывать сразу несколько взаимосвязанных свойств.

Разбор задач

Задача 1. Растение поглощает воду и минеральные вещества, растёт и образует новые листья. Нужно назвать свойства биосистемы, которые проявляются в этой ситуации. Разберём наблюдения по отдельности, не смешивая поступление ресурсов и изменения самого растения.

1. Поглощение воды и минеральных веществ показывает поступление веществ из среды. Это часть обмена веществ, хотя для полного обмена нужно учитывать также преобразование веществ и выделение продуктов.
2. Увеличение размеров растения указывает на рост. Появление новых листьев показывает развитие, поскольку формируются новые органы и изменяется строение организма.
3. Свяжем процессы: поступившие вещества используются в жизнедеятельности, в том числе для образования новых клеток и тканей. Поэтому обмен веществ обеспечивает рост и развитие.

Ответ: проявляются обмен веществ, рост и развитие растения. Поглощение воды и минеральных веществ относится к обмену, увеличение размеров — к росту, а образование новых листьев — к развитию.

Задача 2. После повышения температуры тела усиливается потоотделение. Нужно определить свойства живой системы и объяснить связь между ними. Важно различить само воздействие, ответ организма и результат этого ответа.

1. Повышение температуры — изменение условия, на которое организм реагирует. Способность воспринимать такое воздействие и отвечать на него называется раздражимостью.
2. Усиление потоотделения — ответная реакция организма. Испарение пота способствует охлаждению поверхности тела и помогает уменьшить перегрев.
3. Согласование реакции с изменением температуры относится к саморегуляции. Её результатом становится поддержание гомеостаза — относительного постоянства внутренней среды, а не неизменности каждой её характеристики.

Ответ: проявляются раздражимость и саморегуляция, связанная с поддержанием гомеостаза. Воздействие вызывает ответ, а этот ответ помогает ослабить отклонение температуры.

Задача 3. У потомства одного вида различается окраска, но основные признаки вида сохраняются. Нужно объяснить, как одновременно проявляются наследственность и изменчивость. Сначала определим, какая часть наблюдения указывает на сохранение признаков, а какая — на различия.

1. Сходство основных признаков потомства с признаками вида показывает действие наследственности. Признаки передаются между поколениями и обеспечивают преемственность.
2. Различия в окраске показывают изменчивость: особи одного вида могут отличаться по отдельным признакам. Это не отменяет общего сходства между ними.
3. Сопоставим оба наблюдения: наследственность сохраняет характерные особенности, а изменчивость создаёт различия. Совместно они позволяют виду сохраняться и дают материал для эволюционных изменений.

Ответ: сходство основных признаков объясняется наследственностью, различия в окраске — изменчивостью. Эти свойства действуют одновременно и выполняют разные, дополняющие друг друга роли.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что любой один признак однозначно доказывает, что объект живой. Её допускают, потому что отдельные процессы могут быть похожи у живого и неживого: например, кристалл увеличивается в размерах. Проверка: оценивайте совокупность свойств и то, как они связаны между собой.

Обмен веществ иногда сводят только к питанию. Тогда забывают, что вещества преобразуются и используются, а продукты обмена выводятся; кроме того, организм получает и преобразует энергию. Проверка: проследите путь веществ от поступления до выведения и отдельно назовите роль энергии.

Гомеостаз могут ошибочно понимать как полную неизменность внутренней среды. Такое впечатление возникает, если слово постоянство понимать буквально, хотя реальные показатели способны колебаться. Проверка: уточните, что поддерживается относительная устойчивость показателей в пределах, подходящих для организма.

Наследственность и изменчивость иногда смешивают, считая их одним процессом. Это происходит потому, что оба свойства заметны при сравнении родителей и потомков. Проверка: наследственность отвечает за передачу признаков, а изменчивость — за появление различий; у одного потомства могут проявляться оба свойства.

Связь с другими темами

Для понимания биосистем нужно знать клеточное строение организмов и основные уровни организации живой природы. Эти знания помогают увидеть, из каких частей состоит система и как она связана с системами более высокого уровня. Так становится понятнее, почему организм рассматривают одновременно как целое и как совокупность взаимодействующих компонентов.

Понятия обмена веществ, саморегуляции и гомеостаза пригодятся при изучении физиологии клетки, органов и организма. На этих темах можно проследить, как общие свойства проявляются в конкретных процессах. Например, работа органа зависит и от обмена в его клетках, и от согласования с другими органами.

Связь наследственности и изменчивости важна для генетики, эволюции и изучения разнообразия организмов. Генетика объясняет передачу и возникновение различий, а эволюция показывает значение этих различий для изменения популяций. Эти темы помогают понять, как сохраняются виды и почему их представители не одинаковы.

Что запомнить

• Биосистема состоит из взаимосвязанных частей и взаимодействует со средой.
• Живые системы обмениваются веществами и энергией.
• Саморегуляция поддерживает относительное постоянство внутренних процессов.
• Раздражимость позволяет реагировать на воздействия.
• Рост и развитие сопровождают изменения организма в течение жизни.
• Размножение обеспечивает продолжение существования вида.
• Наследственность сохраняет признаки, а изменчивость создаёт различия.