Биологическая организация — это организация сложных биологических структур и систем , определяющих жизнь с использованием редукционистского подхода. [1] Традиционная иерархия, как подробно описано ниже, простирается от атомов до биосфер . Высшие уровни этой схемы часто называют концепцией экологической организации или полевой , иерархической экологией.
Каждый уровень иерархии представляет собой увеличение организационной сложности, при этом каждый «объект» в основном состоит из базовой единицы предыдущего уровня. [2] Основным принципом организации является концепция эмерджентности : свойства и функции, обнаруженные на иерархическом уровне, отсутствуют и не имеют значения на более низких уровнях.
Биологическая организация жизни — фундаментальная предпосылка для многих областей научных исследований , особенно в медицинских науках . Без этой необходимой степени организации было бы гораздо труднее — и, вероятно, невозможно — применить изучение воздействия различных физических и химических явлений на болезни и физиологию (функции организма). Например, такие области, как когнитивная и поведенческая нейробиология, не могли бы существовать, если бы мозг не состоял из определенных типов клеток, а основные концепции фармакологии не могли бы существовать, если бы не было известно, что изменения на клеточном уровне могут повлиять на весь организм. организм. Эти приложения также распространяются на экологический уровень. Например, прямое инсектицидное действие ДДТ происходит на субклеточном уровне, но влияет на более высокие уровни, включая многочисленные экосистемы . Теоретически изменение одного атома могло бы изменить всю биосферу .
Простая стандартная схема биологической организации, от низшего уровня к высшему, выглядит следующим образом: [1]
Более сложные схемы включают в себя гораздо больше уровней. Например, молекулу можно рассматривать как группу элементов , а атом можно разделить на субатомные частицы (эти уровни находятся за пределами биологической организации). Каждый уровень также может быть разбит на свою иерархию, а отдельные типы этих биологических объектов могут иметь свою иерархическую схему. Например, геномы можно подразделить на иерархию генов . [4]
Каждый уровень иерархии может быть описан его нижними уровнями. Например, организм может быть описан на любом из уровней его компонентов, включая атомный, молекулярный, клеточный, гистологический (ткань), уровень органа и системы органов. Более того, на каждом уровне иерархии появляются новые функции, необходимые для управления жизнью. Эти новые роли не являются функциями, на которые способны компоненты более низкого уровня, и поэтому их называют эмерджентными свойствами .
Каждый организм организован, хотя и не обязательно в одинаковой степени. [5] Организм не может быть организован на гистологическом (тканевом) уровне, если он изначально не состоит из тканей. [6]
Считается, что биологическая организация возникла в раннем мире РНК , когда цепи РНК начали выражать основные условия, необходимые для того, чтобы естественный отбор действовал так, как это было задумано Дарвином : наследственность, изменчивость типов и конкуренция за ограниченные ресурсы. Приспособленность репликатора РНК (скорость его увеличения на душу населения), вероятно, была функцией внутренних адаптивных способностей (в том смысле, что они определялись нуклеотидной последовательностью) и наличия ресурсов. [7] [8] Тремя основными адаптивными способностями могли быть (1) способность к репликации с умеренной точностью (приводящая как к наследственности, так и к изменчивости типа); (2) способность избегать распада; и (3) способность приобретать и перерабатывать ресурсы. [7] [8] Первоначально эти способности определялись свернутыми конфигурациями репликаторов РНК (см. « Рибозим »), которые, в свою очередь, кодировались в их отдельных нуклеотидных последовательностях. Конкурентный успех среди различных репликаторов РНК зависел бы от относительных значений этих адаптивных способностей. Впоследствии среди более поздних организмов конкурентный успех на последовательных уровнях биологической организации, по-видимому, продолжал зависеть, в широком смысле, от относительных значений этих адаптивных способностей.
Эмпирически видно, что большая часть (сложных) биологических систем, которые мы наблюдаем в природе, имеют иерархическую структуру. Теоретически мы могли бы ожидать, что сложные системы будут иерархическими в мире, в котором сложность должна развиваться из простоты. Анализ системных иерархий, проведенный в 1950-х годах [9] [10], заложил эмпирические основы для области , которой с 1980-х годов стала иерархическая экология . [11] [12] [13] [14] [15]
Теоретические основы обобщены термодинамикой. Когда биологические системы моделируются как физические системы , в самой общей абстракции они представляют собой термодинамические открытые системы , демонстрирующие самоорганизованное поведение [16] , а отношения набор/подмножество между диссипативными структурами могут быть охарактеризованы в иерархии.
Более простой и прямой способ объяснения основ «иерархической организации жизни» был введен в « Экологии» Одумом и другими как « иерархический принцип Саймона» ; [17] Саймон [18] подчеркивал, что иерархия « возникает почти неизбежно в результате широкого разнообразия эволюционных процессов по той простой причине, что иерархические структуры стабильны ».
Чтобы мотивировать эту глубокую идею, он предложил свою «притчу» о воображаемых часовщиках.
Клеточная физиология (в физиологии человека ) в WikibooksХарактеристики жизни и природа молекул (по общей биологии ) в Wikibooksорганизация в биосфере (по экологии ) в Wikibooks
