Целостность организма и уровни биологической организации

Современное понимание сложных  самоорганизующихся систем включает представление  о том, что в них четко определены каналы и способы передачи информации. В этом смысле живой организм —  вполне типичная самоорганизующаяся система. Информацию о состоянии окружающего  мира и о внутренней среде организм получает с помощью датчиков-рецепторов, использующих самые разнообразные  физические и химические конструктивные принципы. Так, для человека наиболее важной считается зрительная информация, которую мы получаем с помощью  наших оптико-химических датчиков —  глаз, которые являются одновременно сложным оптическим прибором с оригинальной и точной системой наведения (адаптации  и аккомодации), а также физико-химическим преобразователем энергии фотонов  в электрический импульс зрительных нервов. Акустическая информация поступает  к нам через причудливый и  тонко настроенный слуховой механизм, превращающий механическую энергию  колебания воздуха в электрические  импульсы слухового нерва. Не менее  тонко устроены датчики температуры, тактильные (осязательные), гравитационные (чувство равновесия). Наиболее эволюционно  древними считаются обонятельные и  вкусовые рецепторы, обладающие огромной избирательной чувствительностью  по отношению к некоторым молекулам. Вся эта информация о состоянии  внешней среды и ее изменениях поступает в центральную нервную  систему, которая выполняет несколько  ролей одновременно — базы данных и знаний, экспертной системы, центрального процессора, а также функции оперативной  и долговременной памяти. Туда же стекается  и информация от рецепторов, расположенных  внутри нашего тела и передающих информацию о состоянии биохимических процессов, о напряжении в работе тех или  иных физиологических систем, об актуальных потребностях отдельных групп клеток и тканей организма. В частности, есть датчики давления, содержания углекислого газа и кислорода, кислотности  различных биологических жидкостей, напряжения отдельных мышц и многие другие. Информация от всех этих рецепторов также направляется в центр. Сортировка поступающей с периферии информации начинается уже на этапе ее приема — ведь нервные окончания различных  рецепторов достигают центральной  нервной системы на разных ее уровнях, и соответственно информация попадает в различные отделы ЦНС. Тем не менее вся она может быть использована в процессе принятия решения. 
Решение необходимо принимать тогда, когда ситуация по каким-то причинам изменилась и требует соответствующих реакций на системном уровне. Например, человек проголодался — об этом сообщают в «центр» датчики, регистрирующие усиление тощаковой секреции желудочного сока и перистальтики желудочно-кишечного тракта, а также датчики, регистрирующие понижение уровня глюкозы в крови. В ответ рефлекторно усиливается перистальтика желудочно-кишечного тракта и увеличивается секреция желудочного сока. Желудок готов к приему новой порции пищи. При этом оптические датчики позволяют видеть на столе продукты питания, а сопоставление этих образов с хранящимися в базе данных долговременной памяти моделями подсказывает, что есть возможность замечательно утолить голод, получив при этом удовольствие от вида и вкуса потребляемой пищи. В этом случае ЦНС отдает распоряжение исполнительным (эффекторным) органам осуществить необходимые действия, которые в конечном счете приведут к насыщению и устранению исходной причины всех этих событий. Таким образом, цель системы — устранить своими действиями причину возмущения. Достигается эта цель в данном случае сравнительно легко: достаточно протянуть руку к столу, взять лежащие там продукты и съесть их. Однако ясно, что по этой же схеме можно построить сколь угодно сложный сценарий действий. 
Голод, любовь, семейные ценности, дружба, кров, самоутверждение, тяга к новому и любовь к красоте — этим коротким перечнем почти исчерпываются побудительные мотивы действия. Порой они обрастают огромным количеством привходящих психологических и социальных сложностей, тесно переплетаясь между собой, но в самом базальном виде остаются все теми же, заставляя человека совершать действия будь то во времена Апулея, Шекспира или в наше время. 
Действовать — а что это означает с точки зрения системы? Это означает, что центральный процессор, подчиняясь заложенной в него программе, учитывая все возможные обстоятельства, принимает решение, т.е. строит модель потребного будущего и вырабатывает алгоритм достижения этого будущего. На основании этого алгоритма отдаются приказания отдельным эффекторным (исполнительным) структурам, причем практически всегда в их составе есть мышцы, и в процессе выполнения приказа центра осуществляется движение тела или его частей в пространстве. 
А раз осуществляется движение, — значит, выполняется физическая работа в поле земного тяготения, а следовательно, расходуется энергия. Разумеется, работа датчиков и процессора тоже требует энергии, однако энергетический поток многократно возрастает, когда включаются мышечные сокращения. Стало быть, система должна позаботиться об адекватном снабжении энергией, для чего необходимо усилить активность кровообращения, дыхания и некоторых других функций, а также мобилизовать доступные запасы питательных веществ. 
Любое повышение метаболической активности влечет за собой нарушение постоянства внутренней среды. Значит, должны активизироваться физиологические механизмы поддержания гомео-стаза, которые тоже, между прочим, нуждаются в значительных количествах энергии для своей деятельности. 
Будучи системой сложно организованной, организм имеет не один, а несколько контуров регуляции. Нервная система — это, вероятно, главный, но отнюдь не единственный регуляторный механизм. Весьма важную роль выполняют эндокринные органы — железы внутренней секреции, которые химическим путем регулируют деятельность практически всех органов и тканей. В каждой клетке организма есть, кроме того, и своя внутренняя система саморегуляции. 
Следует подчеркнуть, что организм представляет собой открытую систему не только с термодинамической точки зрения, т. е. он обменивается с окружающей средой не только энергией, но также веществом и информацией. Вещество мы потребляем главным образом в виде кислорода, пищи и воды, а выделяем в виде углекислоты, испражнений и пота. Что касается информации, то каждый человек является источником зрительной (жесты, позы, движения), акустической (речь, шум от перемещения), тактильной (прикосновения) и химической (многочисленные запахи, которые прекрасно различают наши домашние животные) информации. Еще одной важнейшей особенностью системы является конечность ее размеров. Организм не размазан по окружающей среде, а имеет определенную форму и компактен. Тело окружено оболочкой, границей, отделяющей внутреннюю среду от внешней. Кожа, выполняющая эту роль в организме человека, — важный элемент его конструкции, поскольку именно в ней сконцентрированы многие датчики, несущие информацию о состоянии внешнего мира, а также и протоки для выведения из организма продуктов обмена и информационных молекул. Наличие четко очерченных границ превращает человека в особь, чувствующую свою отдельность от окружающего мира, свою уникальность и неповторимость. Это психологический эффект, возникающий на основе анатомического и физиологического устройства организма.

Целостность организма 

 
 
Организм — это живая биологическая  целостная система, обладающая способностью к самовоспроизведению, саморазвитию и самоуправлению. Организм — это  единое целое, причем «высшая форма  целостности» (К. Маркс). Организм проявляет  себя как единое целое в различных  аспектах. 
Целостность организма, т.е. его объединение (интегрирование), обеспечивается, во-первых: 1) структурным соединением всех частей организма (клеток, тканей, органов, жидкостей и др.); 2) связью всех частей организма при помощи: а) жидкостей, циркулирующих в его сосудах, полостях и пространствах (гуморальная связь, humor — жидкость), б) нервной системы, которая регулирует все процессы организма (нервная регуляция). 
У простейших одноклеточных организмов, не имеющих еще нервной системы (например, амебы), имеется только один вид связи — гуморальная. С появлением нервной системы возникают два вида связи — гуморальная и нервная, причем по мере усложнения организации животных и развития нервной системы последняя все больше «овладевает телом» и подчиняет себе все процессы организма, в том числе и гуморальные, в результате чего создается единая нейрогуморальная регуляция при ведущей роли нервной системы. 
Таким образом, целостность организма достигается благодаря деятельности нервной системы, которая пронизывает своими разветвлениями все органы и ткани тела и которая является материальным анатомическим субстратом объединения (интеграции) организма в единое целое наряду с гуморальной связью. 
Целостность организма заключается, во-вторых, в единстве вегетативных (растительных) и анимальных (животных) процессов организма. 
Целостность организма заключается, в-третьих, в единстве духа и тела, единстве психического и соматического, телесного. Идеализм отрывает душу от тела, считая ее самостоятельной и непознаваемой. Диалектический материализм считает, что нет психики, отделенной от тела. Она является функцией телесного органа — мозга, представляющего наиболее высокоразвитую и особым образом организованную материю, способную мыслить. Поэтому «нельзя отделить мышление от материи, которая мыслит. 
Таково современное понимание целостности организма, строящееся на принципах диалектического материализма и его естественнонаучной основы — физиологического учения И. П. Павлова. 
Взаимоотношение организма как целого и его составных элементов. Целое — есть сложная система взаимоотношения элементов и процессов, обладающая особым качеством, отличающим его от других систем, часть — это подчиненный целому элемент системы. 
Организм как целое — нечто большее, чем сумма его частей (клеток, тканей, органов). Это «большее» — новое качество, возникшее благодаря взаимодействию частей в процессе фило- и онтогенеза. Особым качеством организма является способность его к самостоятельному существованию в данной среде. Так, одноклеточный организм (например, амеба) обладает способностью к самостоятельной жизни, а клетка, являющаяся частью организма (например, лейкоцит), не может существовать вне организма и извлеченная из крови погибает. Только при искусственном поддержании определенных условий могут существовать изолированные органы и клетки (культура тканей). Но функции таких изолированных клеток не тождественны функции клеток целостного организма, поскольку они выключены из общего обмена с другими тканями. 
Организм как целое играет ведущую роль в отношении своих частей, выражением чего является подчиненность деятельности всех органов нейрогуморальной регуляции. Поэтому изолированные от организма органы не могут выполнять те функции, которые присущи им в рамках целого организма. Этим объясняется трудность пересадки органов. Организм же как целое может существовать и после утраты некоторых частей, о чем свидетельствует хирургическая практика оперативного удаления отдельных органов и частей тела (удаление одной почки или одного легкого, ампутация конечностей и т. п.). 
Подчиненность части целому не абсолютна, так как часть обладает относительной самостоятельностью. 
Обладая относительной самостоятельностью, часть может влиять на целое, о чем свидетельствуют изменения всего организма при заболевании отдельных органов. 
«Организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен; поэтому в научное определение организма должна входить влияющая на него среда. 
Везде и всегда жизнь слагается из кооперации двух факторов — определенной, но изменяющейся организации и воздействия извне» (И. М. Сеченов). 
«Организм неразрывно связан с окружающими условиями жизни. Грань между организмом и средой его обитания относительна. В живом организме происходит постоянное превращение, трансформация внешнего во внутреннее и наоборот». Ассимиляция пищи представляет собой пример превращения внешнего во внутреннее. 
Единство организма с условиями его жизни осуществляется благодаря обмену веществ его с окружающей природой; с прекращением обмена прекращается и жизнь его. У животных и человека обмен веществ определяется нейрогуморальной регуляцией при ведущей роли нервной системы, которая выступает как «тончайший инструмент, уравновешивающий организм с окружающей его средой». 
Единство организма и внешней среды составляет основу эволюции органических форм. 
В процессе эволюции наблюдается изменчивость строения организмов как морфологическое выражение приспособления (адаптация) их к меняющимся условиям существования. 
Адаптация обусловлена как влиянием среды, в которой происходит приспособление, так и наследственными и другими свойствами меняющихся организмов. 
«Наследственное приспособление к внешнему фактору совершается не в результате адекватного изменения наследственных свойств индивидуального организма под прямым воздействием внешнего фактора на развивающийся организм, а в результате направленного отбора многочисленных наследственных изменений, возникающих независимо от действия того фактора среды, к которому идет приспособление». 
Изменения среды ведут к изменениям организма, который постоянно приспосабливается к изменяющимся условиям окружающей среды. И обратно, под влиянием развивающегося организма до известной степени меняется и окружающая его среда. Условия обитания животных составляют для них биологическую среду. Для человека, кроме биологической, решающее значение имеет среда социальная. 
Основным условием существования человека является труд. Трудовая деятельность — важнейший фактор окружающей человека среды. Трудовые процессы связаны со специальной работой нервной и мышечной систем, обусловленной характером данной профессии. Профессиональная специализация влечет за собой большее развитие тех отделов организма, с функцией которых связана данная специальность. В результате профессия откладывает известный отпечаток на строение тела человека. Различные варианты нормального строения человеческого организма в значительной мере объясняются характером работы данного человека. «Организм в работе творит форму свою». 
Кроме работы, на организм человека оказывают влияние все другие условия его жизни: питание, жилище, одежда и бытовые условия. Большое значение имеет психическое состояние человека, обусловленное его социальным положением. Условия труда и быта составляют содержание того, что называется социальной средой. Последняя оказывает на человека большое и разностороннее влияние. 
Классовая структура общества играет решающую роль в развитии человеческого организма. Известно, что продолжительность жизни людей, принадлежащих к эксплуатируемым классам, и целых народов, испытывающих колониальный гнет, меньше, чем у представителей господствующих классов. 
Живя в условиях морального гнета, нищеты и изнурительного труда, угнетаемые классы и целые народы, естественно, плохо питаются и часто болеют, что отражается и на потомстве. Так, в Индии, когда она была английской колонией, средняя продолжительность жизни не превышала 20 — 30 лет. После установления национальной независимости Индии она стала повышаться. В нашей стране средняя продолжительность жизни за годы Советской власти увеличилась более чем вдвое — с 32 до 72 лет.

Общая экология. Организм как живая целостная  система. Уровни биологической организации  и экологии.

Главные уровни организации жизни: ген        - клетка – орган – организм – популяция – сообщество.

Экология  изучает уровни биологической организации  от организма до экосистемы. В ее основе лежит теория эволюционного  развития органического мира Ч.Дарвина, базирующейся на представлениях о естественном отборе. из этой теории следует, что в результате борьбы выживают наиболее приспособленные организмы, которые передают выгодные признаки своему потомству. Которое развивает их дальше, обеспечив им стабильное существование в конкретных условиях среды.

Роль  среды, т.е. физических факторов эволюции и существование организмов не вызывает сомнений. Эта среда названа абиотической (факторы не живой природы), а составляющие ее отдельной части (воздух, вода) и  факторы (температура) называются абиотическими  компонентами  в отличии от биотических компонентов (факторы живой природы).

Взаимодействуя  с абиотическими компонентами, биотические  образуют функциональные системы как  единый цельный организм или биосистема.  

Спектр  уровней отражает иерархию природных  систем при которой меньшие подсистемы составляют большие системы, сами являющиеся подсистемами более крупных систем. Свойство каждого уровня значительно сложнее и многообразнее предыдущего. Нельзя предсказать свойство каждого последующего, это называется принципом эмерджентности.

В экологии организм рассматривается  как целостная система, взаимодействующая  с внешней средой, как абиотической, так и биотической. Такая совокупность называется биологическим видом, который  состоит из сходных особей, однако, отличающихся друг от друга, так же как один человек не похож на другого. 

Но  всех их объединяет единый для всех генофонд, обеспечивающий их способность  к размножению в пределах вида. Не может быть потомства от особей различных видов, даже близкородственных, объединенных в один ряд.

уровни  биологической организации и  экологии

Ген, клетка, орган, организм, популяция, сообщество (биоценоз) — главные уровни организации  жизни. Экология изучает уровни биологической организации от организма до экосистем. В ее основе, как и всей биологии, лежит теория эволюционного развития органического мира Ч. Дарвина, базирующаяся на представлении о естественном отборе. В упрощенном виде его можно представить так: в результате борьбы за существование выживают наиболее приспособленные организмы, которые передают выгодные признаки, обеспечивающие выживание, своему потомству, которое может их развить дальше, обеспечив стабильное существование данному типу организмов в данных конкретных условиях среды. Если условия эти вменятся, то выживают организмы с более благоприятными для новых условий признаками, переданными им по наследству, и т. д. 
Материалистические представления о происхождении жизни и эволюционную теорию Ч. Дарвина можно объяснить лишь с позиций экологической науки. Поэтому не случайно, что вслед за открытием Дарвина (1859) появился термин «экология» Э. Геккеля (1866). Роль среды, т.е. физических факторов, в эволюции и существовании организмов не вызывает сомнений. Эта среда была названа абиотической, а составляющие ее отдельные части (воздух, вода и др.) и факторы (температура и др.) называют абиотическими компонентами, в отличие от биотических компонентов, представленных живым веществом. Взаимодействуя с абиотической,средой, т. е. с абиотическими компонентами, они образуют определенные функциональные системы, где живые компоненты и среда — «единый цельный организм». 
На рис. 1.1 указанные выше компоненты представлены в виде уровней биологической организации биологических сие- 
 

тем, которые различаются  по принципам организации и масштабам  явлений. Они отражают иерархию природных  систем, при которой меньшие подсистемы составляют большие системы, сами являющиеся подсистемами более крупных систем. 
Свойства каждого отдельного уровня значительно сложнее и многообразнее предыдущего. Но объяснить это можно лишь частично на основе данных о свойствах предшествующего уровня. Иными словами, нельзя предсказать свойства каждого последующего биологического уровня исходя из свойств отдельных составляющих его более низких уровней, подобно тому, как нельзя предсказать свойства воды исходя из свойств кислорода и водорода. Такое явление называют эмерджентностъю — наличием у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме других элементов, не объединенных системообразующими связями. 
Экология изучает правую часть «спектра», изображенного на рис. 1.1, т. е. уровни биологической организации от организмов до экосистем. В экологии организм рассматривается как целостная система, взаимодействующая с внешней средой, как абиотической, так и биотической. В этом случае в наше поле зрения попадает такая совокупность, как биологический вид, состоящий из сходных особей, которые, тем не менее, как индивидуумы отличаются друг от друга. Они точно так же непохожи, как непохож один человек на другого, тоже относящиеся к одному виду. Но всех их объединяет единый для всех генофонд, обеспечивающий их способность к размножению в пределах вида. Не может быть потомства от особей различных видов, даже близкородственных, объединенных в один род, не говоря уже о семействе и брлее крупных таксонах, объединяющих еще более «далеких родственников». 
Поскольку каждый отдельный индивид (особь) имеет свои специфические особенности, то и отношение их к состоянию среды, к воздействию ее факторов различное. Например, повышение температуры часть особей может не выдержать и погибнуть, но популяция всего вида выживает за счет других, более приспособленных.