Уровни организации живой материи и биологические системы, изучаемые экологией

Все объекты живой материи представляют собой настоя­щие системы. Для них характерно иерархическое соподчи­нение входящих в систему элементов, а именно — структур­ных уровней организации, начиная от элементарных час­тиц (электроны, протоны, кварки), атомов, молекул, субмо­лекулярных систем (полимеров) и т.д., вплоть до организ­мов и сообществ из них, заканчивая биосферой. В соответ­ствии с иерархической соподчиненностью каждый из ниже­лежащих уровней должен рассматриваться с учетом харак­тера вышележащих и наоборот. Таким образом, более высо­кие уровни, отражающие более сложные формы отношений между объектами, обязывают к строгому учету этих отно­шений при исследовании каждого предыдущего уровня.

Понятие «структурные уровни» ввели в науку в 20-е го­ды американские философы Г. Браун и Р. Селларс. Соглас­но их концепции «уровни» различаются не только по «классам сложности», но и по закономерностям функцио­нирования. Другое принципиальное положение их концеп­ции — идея иерархической соподчиненности уровней, вхождение каждого последующего в предыдущий с образо­ванием того единого целого, в котором низкий уровень «ви­ден» в самом высшем. Так родилась концепция многоуров­невой иерархической «матрешки»: понятие уровней орга­низации слилось, с одной стороны, с понятием органичес­кой целостности, а с другой — с понятием «система».

Развитию и пониманию этой концепции содействовал А. Новиков в 40-е годы. Он уточнил понятие «уровень ор­ганизации», расширил представление об иерархической соподчиненности уровней и дал трактовку концепции ин-тегративных уровней как «общего описания эволюции ма­терии, проходящей последовательные и все более высокие порядки сложности и интеграции». С именем А. Новикова

связана идея внедрения концепции структурных уровней в биологию: наука о живом предстала в виде «органичес­кой целостности», целью которой является познание един­ства и многообразия живой природы. Таким образом поя­вилось представление об «уровне изучения».

На основе разных способов структурно-функционального объединения элементов, составляющих живую материю, выделяют следующие уровни ее организации (таблица 1.1). Экология изучает организмы и их взаимоотношения на всех уровнях.

Таблица 1.1 Уровни организации живых систем

Уровни организации жизни	Разделы биологической экологии
	Биосфера	Глобальная экология
Биологические макросистемы	Биогеоценоз (экосистема) Биоценоз Вид	Биогеоценология Синэкология (экология сообществ) Эйд экология (экология видов)	Общая экология (Экзоэкология)
	Популяции	Демэкология (популяционная экология)
О) -.	Организмы (особи)	Аутэкология (экология особей)
Биологичес мезосистег	Органы Ткани	Экологическая морфология, экологическая физиология Экология тканей	экология
® 3	Клетки	Экология клеток	§
I s 1$	Гены	Экологическая генетика
Биолоп микрос	Молекулы	Молекулярная экология

Молекулярный уровень. Любая живая система, как бы она ни была организована, проявляется на уровне функци­онирования биологических макромолекул — биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов и других важных органических веществ.

Клеточный уровень. Клетка является структурной и функциональной единицей развития всех живых организ­мов.

Тканевый уровень. Ткань представляет собой совокуп­ность сходных по строению клеток, объединенных выпол­нением общей функции.

Органный уровень. Органы — это структурно-функцио­нальные объединения нескольких типов тканей, которые выполняют целый ряд функций.

Эти уровни изучает отдельный раздел экологии — эндо- логия. В него входят такие науки, как молекулярная эколо­гия, экологическая генетика, экология клеток, экология тканей, экологическая морфология и другие.

Общая экология (экзоэкология) изучает более высокие уровни живой материи:

— организменный,

— популяционно-видовой,

— биоценотический,

— биогеоценотический,

— биосферный.

Такой подход позволяет рассматривать общую эколо­гию как науку о закономерностях формирования, разви­тия и устойчивого функционирования биологических сис­тем разного ранга в их взаимоотношениях с условиями среды.

В соответствии с уровнями организации живой материи об­щая экология подразделяется на отдельные разделы: аутэко-логию, демэкологию, эйдэкологию, синэкологию, биогеоцено-логию и глобальную экологию.

Аутэкология (от греч. autos — сам) — раздел экологии, изучающий взаимоотношения отдельных организмов с окру­жающей средой. Термин «аутэкология» был введен в 1896 г. Шретером именно для обозначения экологии особей. Аутэкология рассматривает, прежде всего, организмы (осо­би) как живые существа, которые обладают совокупностью свойств, отличающих их от неживой материи: клеточная организация, обмен веществ, размножение, изменчивость и наследственность, рост и развитие, раздражительность, движение, а также приспособляемость к условиям сущест­вования.

Организм — это открытая биологическая система, состо­ящая из взаимозависимых и соподчиненных элементов, взаимоотношение которых и особенности строения детер­минированы их функционированием как целого. Каждый организм имеет свою структуру (строение), абсолютно специфичную и присущую только его виду. Организм представляет собой конкретную единицу обмена веществ, и в этой функции он выступает как самостоятельная био­логическая система, находящаяся в тесных взаимосвязях с внешними условиями и с более крупными биологически­ми системами.

Организм был первым биологическим объектом, кото­рый рассматривался как система функционально интегри­рованных морфологически обособленных частей. Извест­ный ученый У. Кеннон в 1929 г. ввел термин гомеостаз (от греч. homoios — одинаковый), означающий способность ор­ганизма как целого поддерживать постоянство внутренней среды. Позднее идея целостного организма была эффектив­но разработана акад. П.К. Анохиным в его концепции функциональных физиологических систем (1949).

Живущие на Земле организмы очень разнообразны. По­давляющее большинство ныне живущих организмов состоит из клеток. Лишь немногие примитивнейшие организмы — вирусы и фаги — не имеют клеточного строения. По этому важнейшему признаку все живое делится на две империи — доклеточные (вирусы и фаги) и клеточные (сюда относят все остальные организмы).

Империя доклеточных состоит из единственного царства — вирусов. Вирусы (лат. virus — яд) — неклеточ­ные формы жизни. Они способны проникать в определен­ные живые клетки и размножаться только внутри этих клеток. Вирусы бактерий называются фагами (от греч. phagos — пожиратель) или бактериофагами.

Организмы с клеточным строением объединяются в им­перию клеточных или кариот (от греч. karyon — ядро оре­ха). По наличию или отсутствию ядра клеточные организ­мы делят на два надцарства: безъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты) (от греч. «протос» — первый, «эу» — собственно, настоящий). К первой группе относят бакте­рии, архебактерии, сине-зеленые водоросли. Ко второй — всех животных, растения и грибы. Каждая из этих групп выполняет свою роль в биосфере (таблица 1.2).

Таблица 1.2 Система живых организмов и их биосферная роль (по Лапо, 1987)

Надцарства	Царства	Подцарства	Автотрофы	Гетеротрофы	Миксотрофы
Фототрофы	Хемотрофы
Прокариоты	Дробянки	Бактерии	+	+	+	+
		Архебактерии	+	+	+	+
		Цианобактерии (сине-зеленые водоросли)	+	+		+
Эукариоты	Растения	Низшие растения (водоросли) Высшие растения	+ +	_	Редко	+ +
	Грибы	Низшие грибы Высшие грибы	-	-	+ +	-
ц	Животные	Простейшие Многоклеточные	-	-	+ +	-

Все уровни организации живого по отношению к орга­низму являются надорганизменными системами.

Демэкология (от греч. demos — народ), или популяцион-ная экология — наука о популяциях, которая изучает действие факторов среды в популяциях, динамику числен­ности популяций. Популяции — элементарные надорга-низменные макросистемы, являющиеся структурной еди­ницей вида и эволюции.

Популяция — это группа организмов (особей) одного ви­да, находящихся во взаимодействии между собой и совме­стно населяющих общую территорию, и в той или иной степени изолированная от других сходных групп.

Эйдэкология (от греч. eidos — образ, вид), или экология видов — наименее разработанный раздел современной эко­логии. Под видом понимается совокупность популяций осо­бей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяющих определенный ареал, обладающих рядом общих морфо-физиологических признаков и типов взаимоотношений с окружающей средой. Вид — основная структурная единица в системе живых организмов, качест­венный этап их эволюции, поэтому вид принят в качестве ос­новной таксономической категории в биологической система­тике. Вместе с тем вид является и экологической единицей.

Синэкология (от греч. syn — вместе), или экология сооб­ществ (биоценология), изучает ассоциации популяций раз­ных видов растений, животных и микроорганизмов, обра­зующих биоценозы (сообщества), их пути формирования, развитие, структуру и динамику, взаимодействие с фак­торами среды.

Биоценоз (от греч. bios — жизнь, koinos — общий), или сообщество — это группа организмов различных видов, су­ществующих в одном и том же местообитании и взаимо­действующих посредством трофических (пищевых) и пространственных взаимоотношений.

Биогеоценология (от греч. bios — жизнь, geo — земля, koinos — общий) — наука, изучающая взаимодействия между экологическими компонентами внутри биогеоцено­за. Биогеоценоз — однородный участок земной поверхно­сти с определенным составом живых (биоценоз) и косных (биотоп) компонентов, объединенных обменом вещества и энергии в единый природный комплекс. Биогеоценоз — элементарная единица биосферы. Основоположником биогеоценологии является русский ученый Владимир Никола­евич Сукачев (1880—1967).

Биогеоценоз часто используется как синоним термина «экосистема», однако эти понятия не совсем совпадают, так как последний является более общим по сравнению с биогео­ценозом. Термин «экосистема» был предложен английским ботаником А. Тенсли в 1935 году.

Экосистема (от греч. oikos — жилище, местообитание и systema — сочетание, объединение, целое, состоящее из час­тей), экологическая система — совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их сущест­вования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом. Экосистема является основным объектом экологии, а изучение экосистем — центральным разделом экологии.

Совокупность всех экосистем Земли в пределах трех гео-сфер (литосферы, гидросферы и атмосферы), с которыми взаимодей­ствуют живые организмы, образует самую крупную экологичес­кую систему Земли, называемую биосферой (от греч. bios — жизнь, sphaira—шар). Проблемы биосферы в целом разраба­тывает глобальная экология.