Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сюда перенаправляются «Иерархия жизни» и «Уровни организации». Для иерархического упорядочения и организации всех организмов см. Биологическая классификация . Для получения информации об эволюционной иерархии организмов и межвидовых взаимоотношениях см. Филогенетическое древо .

Популяция пчел переливается в ответ на хищника.

Биологическая организация является иерархией из сложных биологических структур и систем , которые определяют жизнь , используя редукционистский подход. [1] Традиционная иерархия, как подробно описано ниже, простирается от атомов до биосфер . Более высокие уровни этой схемы часто называют экологической организации концепции, или как поле , иерархической экологии .

Каждый уровень иерархии представляет собой рост организационной сложности , при этом каждый «объект» в основном состоит из основной единицы предыдущего уровня. [2] Основным принципом организации является концепция возникновения - свойства и функции, обнаруженные на иерархическом уровне, не присутствуют и не имеют значения на более низких уровнях.

Биологическая организация жизни является фундаментальной предпосылкой для многих областей научных исследований , особенно в медицинских науках . Без этой необходимой степени организации было бы намного труднее - и, вероятно, невозможно - применить изучение эффектов различных физических и химических явлений к заболеваниям и физиологии (функциям тела). Например, такие области, как когнитивная и поведенческая нейробиология, не могли бы существовать, если бы мозг не состоял из определенных типов клеток, а основные концепции фармакологиине могло бы существовать, если бы не было известно, что изменение на клеточном уровне может повлиять на весь организм. Эти приложения также распространяются на экологические уровни. Например, прямой инсектицидный эффект ДДТ проявляется на субклеточном уровне, но влияет на более высокие уровни, вплоть до нескольких экосистем . Теоретически изменение одного атома может изменить всю биосферу .

Уровни [ править ]

См. Также: Уровень интеграции
Самая простая единица жизни - это атом, как кислород. Два или более атомов - это молекула, как диоксид. Многие небольшие молекулы могут объединяться в химической реакции, чтобы образовать макромолекулу, такую ​​как фосфолипид. Множественные макромолекулы образуют клетку, похожую на клубную клетку. Группа клеток, функционирующих вместе как ткань, например эпителиальная ткань. Различные ткани составляют такой орган, как легкое. Органы работают вместе, образуя систему органов, такую ​​как дыхательная система. Все системы органов образуют живой организм, подобный льву. Группа одного и того же организма, живущая вместе на территории, представляет собой популяцию, например, прайд львов. Две или более популяции, взаимодействующие друг с другом, образуют сообщество, например, популяции львов и зебр, взаимодействующие друг с другом.Сообщества, взаимодействующие не только друг с другом, но и с физической средой, составляют экосистему, такую ​​как экосистема саванны. Все экосистемы составляют биосферу, область жизни на Земле.

Простая стандартная схема биологической организации от самого низкого до самого высокого уровня выглядит следующим образом: [1]

Для уровней, меньших, чем атомы, см. " Субатомная частица".
Бесклеточный уровень
и
доклеточный уровень		Атомы
МолекулаГруппы атомов
Биомолекулярный комплексГруппы (био) молекул
Субклеточный уровеньОрганеллаФункциональные группы биомолекул, биохимические реакции и взаимодействия
Сотовый уровеньКлеткаОсновная единица всего живого и группировка органелл
Сверхклеточный уровень
(многоклеточный уровень)		ТканьФункциональные группы ячеек
ОрганФункциональные группы тканей
Система органовФункциональные группы органов
Экологические уровниОрганизмБазовая живая система, функциональная группа компонентов нижнего уровня, включая как минимум одну клетку
численность населенияГруппы организмов одного вида
Сообщество
(или биоценоз )		Межвидовые группы взаимодействующих популяций
ЭкосистемаГруппы организмов из всех биологических доменов в сочетании с физической ( абиотической ) средой
БиомКонтинентального масштаба (климатически и географически смежные области со сходными климатическими условиями) группировка экосистем.
Биосфера или
Экосфера		Вся жизнь на Земле или все живое плюс физическая (абиотическая) среда [3]
Для уровней, больших, чем Биосфера или Экосфера, см. Положение Земли во Вселенной.

Более сложные схемы включают намного больше уровней. Например, молекулу можно рассматривать как группу элементов , а атом можно далее разделить на субатомные частицы (эти уровни выходят за рамки биологической организации). Каждый уровень также может быть разбит на свою собственную иерархию, и определенные типы этих биологических объектов могут иметь свою собственную иерархическую схему. Например, геномы можно подразделить на иерархию генов . [4]

Каждый уровень иерархии можно описать его нижними уровнями. Например, организм может быть описан на любом из его компонентных уровней, включая атомный, молекулярный, клеточный, гистологический (ткань), уровни 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 нижнего уровня, и поэтому называются эмерджентными свойствами .

Каждый организм организован, хотя и не обязательно в одинаковой степени. [5] Организм не может быть организован на гистологическом (тканевом) уровне, если он в первую очередь не состоит из тканей. [6]

Основы [ править ]

Эмпирически видно, что большая часть (сложных) биологических систем, которые мы наблюдаем в природе, имеют иерархическую структуру. Теоретически мы могли ожидать, что сложные системы будут иерархиями в мире, в котором сложность должна возникать из простоты. Анализ системных иерархий, проведенный в 1950-х годах [7] [8], заложил эмпирические основы для области , которая с 1980-х годов стала бы иерархической экологией . [9] [10] [11] [12] [13]

Теоретические основы обобщены термодинамикой. Когда биологические системы моделируются как физические системы , в самом общем виде, они представляют собой термодинамические открытые системы, которые демонстрируют самоорганизованное поведение, а отношения набор / подмножество между диссипативными структурами можно охарактеризовать в виде иерархии.

Более простой и прямой способ объяснить основы «иерархической организации жизни» был введен Одумом и другими в « Экологии » как « иерархический принцип Саймона »; [14] Саймон [15] подчеркнул, что иерархия « почти неизбежно возникает 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.

Притча о часовщиках

Когда-то два часовщика, Хора и Темпус, делали очень хорошие часы. В их мастерских часто звонили телефоны; им постоянно звонили новые клиенты. Однако Хора процветала, а Темпус становился все беднее и беднее. В конце концов Темпус потерял свой магазин. В чем причина этого?

Часы состояли примерно из 1000 деталей каждая. Часы, которые производил Темпус, были спроектированы таким образом, что, когда ему приходилось складывать частично собранные часы (например, чтобы ответить на звонок), они сразу же рассыпались на части, и их приходилось собирать заново из базовых элементов.

Хора спроектировал свои часы так, чтобы он мог собрать подузлы примерно из десяти компонентов в каждой. Десять из этих узлов могут быть собраны вместе в более крупный узел. Наконец, целые часы составляли десять крупных узлов. Каждый узел можно было положить, не развалившись.

См. Также [ править ]

  • Абиогенез
  • Клеточная теория
  • Клеточная дифференциация
  • Состав человеческого тела
  • Эволюция биологической сложности
  • Эволюционная биология
  • Гипотеза Гайи
  • Теория иерархии
  • Холон (философия)
  • Экология человека
  • Уровень анализа
  • Живые системы
  • Ноогенез
  • Самоорганизация
  • Спонтанный порядок
  • Структурализм (биология)
  • Хронология эволюционной истории жизни

Примечания [ править ]

  1. ^ a b Соломон, Берг и Мартин 2002 , стр. 9–10
  2. ^ Pavé 2006 , стр. 40
  3. ^ Хаггетт 1999
  4. ^ Pavé 2006 , стр. 39
  5. ^ Postlethwait & Hopson 2006 , стр. 7
  6. ^ Witzany, G (2014). «Биологическая самоорганизация». Международный журнал знаков и семиотических систем . 3 (2): 1–11. DOI : 10.4018 / IJSSS.2014070101 .
  7. ^ Эванс 1951
  8. ^ Эванс 1956
  9. ^ Маргалеф 1975
  10. ^ О'Нил 1986
  11. ^ Викен и Уланович 1988
  12. ^ Pumain 2006
  13. ^ Джордан и Йоргенсен 2012
  14. ^ Simon 1969 , стр. 192-229
  15. ^ Тексты Саймона в DOI : 10,1207 / S15327809JLS1203_4 , polaris.gseis.ucla.edu/pagre/simon архивации 5 июля 2015, в Wayback Machine или johncarlosbaez / 2011/08/29 транскрипция архивации 2015-05-31 в Wayback Machine

Ссылки [ править ]

  • Эванс, ФК (1951), «Экология и исследования городских территорий», Scientific Monthly (73)
  • Эванс, FC (1956), "Экосистема как основная единица в экологии", Science , 123 (3208): 1127-8, Bibcode : 1956Sci ... 123.1127E , DOI : 10.1126 / science.123.3208.1127 , PMID  17793430
  • Хаггетт, Р.Дж. (1999). «Экосфера, биосфера или Гайя? Как назвать глобальную экосистему. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗОНДАНИЕ». Глобальная экология и биогеография . 8 (6): 425–431. DOI : 10.1046 / j.1365-2699.1999.00158.x . ISSN  1466-822X .
  • Jordan, F .; Йоргенсен, С.Е. (2012), Модели экологической иерархии: от молекул до экосферы , ISBN 9780444593962
  • Margalef, R. (1975), "Внешние факторы и экосистемы стабильность", Schweizerische Zeitschrift für Hydrologie , 37 : 102-117, DOI : 10.1007 / BF02505181 , S2CID  20521602
  • О'Нил, Р.В. (1986), Иерархическая концепция экосистем , ISBN 0691084378
  • Паве, Ален (2006), «Иерархическая организация биологических и экологических систем», в Pumain, D. (ed.), Hierarchy in Natural and Social Sciences , New York, New York : Springer-Verlag , ISBN. 978-1-4020-4126-6
  • Постлтуэйт, Джон Х .; Хопсон, Джанет Л. (2006), Современная биология , Холт, Райнхарт и Уинстон , ISBN 0-03-065178-6
  • Пумейн, Д. (2006), Иерархия в естественных и социальных науках , ISBN 978-1-4020-4127-3
  • Саймон, HA (1969), «Архитектура сложности», «Искусственные науки» , Кембридж , Массачусетс: MIT Press
  • Соломон, Эльдра П .; Берг, Линда Р .; Мартин, Дайана В. (2002), Биология (6-е изд.), Брукс / Коул , ISBN 0-534-39175-3, LCCN  2001095366
  • Викен, JS; Ulanowicz, RE (1988), "О количественной оценки иерархических связей в области экологии", журнал социальных и биологических систем , 11 (3): 369-377, DOI : 10,1016 / 0140-1750 (88) 90066-8

Внешние ссылки [ править ]

  • Клеточная физиология (в области физиологии человека ) в Викиучебнике
  • Характеристики жизни и природа молекул (в общей биологии ) в Викиучебнике
  • организация в биосфере (в области экологии ) в Викиучебнике
  • Теоретико-математическая дискуссия 2011 года .