Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из Биологической организации )
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.
Часть серии по
Биология
202104 Лабораторный прибор dna.svg
Изучение живых организмов
Ключевые компоненты
Субдисциплины
Исследовать
  • Отрасли биологии
  • Биолог ( Список)
  • Список журналов
Приложения
  • Сельскохозяйственная наука
  • Биотехнологии
  • Технологии здоровья
  • Нанобиотехнологии
  •  Биологический портал
  • v
  • т
  • е

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 возрастающую организационную сложность , 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, не присутствуют и не имеют отношения к более низким уровням.

Биологическая организация жизни является фундаментальной предпосылкой для многих областей научных исследований , особенно в медицинских науках . Без этой необходимой степени организации было бы гораздо труднее - и, вероятно, невозможно - применить изучение эффектов различных физических и химических явлений к болезням 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, прямое инсектицидное действие 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: Интегративный уровень
Самая простая единица жизни - это атом, как кислород. Два или более атома - это молекула, как диоксид. Многие небольшие молекулы могут объединяться в химической реакции, чтобы образовать макромолекулу, такую ​​как фосфолипид. Множественные макромолекулы образуют клетку, как 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 составляют живой организм, подобный льву. Группа одного и того же организма, живущая вместе на определенной территории, - это популяция, 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 меньше, 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, включающая как минимум одну клетку.
НаселениеГруппы организмов одного вида
Сообщество
(или биоценоз )		Межвидовые группы взаимодействующих популяций
ЭкосистемаГруппы организмов из всех биологических областей в сочетании с физической ( абиотической ) средой
БиомКонтинентальный масштаб (климатически и географически смежные районы со сходными климатическими условиями) группировка экосистем.
Биосфера или
Экосфера		Вся жизнь на Земле или вся жизнь плюс физическая (абиотическая) среда [3]
Для уровней, больших, чем Биосфера или Экосфера, см. Положение Земли во Вселенной.

Более сложные схемы включают в себя гораздо 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 более низкими 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 изначально не состоит из тканей. [6]

Возникновение биологической организации [ править ]

Считается, что биологическая организация возникла в раннем мире РНК, когда цепи РНК начали выражать основные условия, необходимые для функционирования естественного отбора, как это было задумано Дарвином : наследуемость, вариативность типа и конкуренция за ограниченные ресурсы. Пригодность репликатора РНК (скорость его увеличения на душу населения), вероятно, была бы функцией присущих ему адаптивных способностей (в том смысле, что они определялись нуклеотидной последовательностью) и доступности ресурсов. [7] [8]Тремя основными адаптивными способностями могли быть: (1) способность воспроизводиться с умеренной точностью (приводящая как к наследуемости, так и к изменчивости типа); (2) способность избегать распада; и (3) способность приобретать и обрабатывать ресурсы. [7] [8] Эти возможности изначально определялись складчатыми конфигурациями репликаторов РНК (см. « Рибозим”), Которые, в свою очередь, будут закодированы в их индивидуальных нуклеотидных последовательностях. Конкурентный успех среди различных репликаторов РНК зависел бы от относительных значений этих адаптивных способностей. Впоследствии у более поздних организмов конкурентный успех на последовательных уровнях биологической организации, по-видимому, продолжал зависеть в широком смысле от относительной ценности этих адаптивных способностей.

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 [9] [10], заложил эмпирические основы для области , которая с 1980-х годов стала бы иерархической экологией . [11] [12] [13] [14] [15]

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 »; [16] Саймон [17] 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 было два часовщика, Хора и Темпус, которые 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 собирать подузлы примерно из десяти компонентов в каждой. Десять из этих узлов можно собрать вместе, чтобы получить 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
  • Ноогенезис
  • Самоорганизация
  • Спонтанный порядок
  • Структурализм (биология)
  • Хронология эволюционной истории жизни

Заметки [ 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. ^ а б Бернштейн, Н; Байерли, ХК; Хопф, ФА; Michod, RA; Вемулапалли, ГК (1983). «Дарвиновская динамика». Ежеквартальный обзор биологии . 58 (2): 185–207. DOI : 10,1086 / 413216 . JSTOR 2828805 . S2CID 83956410 .  
  8. ^ a b Michod RE. (2000) Дарвиновская динамика: эволюционные переходы в приспособленности и индивидуальности. Princeton University Press, Принстон, Нью-Джерси ISBN 0691050112 
  9. ^ Эванс 1951
  10. ^ Эванс 1956
  11. ^ Маргалеф 1975
  12. ^ О'Нил 1986
  13. ^ Викен и Уланович 1988
  14. ^ Pumain 2006
  15. ^ Джордан и Йоргенсен 2012
  16. ^ Simon 1969 , стр. 192-229
  17. ^ 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", The Sciences of the Искусственные , 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 .