Механізми саморегуляції в живих системах біосфери. Основні особливості потоків інформації і типи регуляції у живих системах біосфери

Аби успішно управляти якими-небудь процесами в живих системах, необхідно знати механізми їх саморегуляції. Вони досить добре описані в науковій літературі, проте більшість досліджень відноситься до організменого і популяційного рівнів організації живого, і мало робіт присвячено екосистемному рівню.

Розглянемо явища саморегуляції в природних, незмінених людиною системах. При цьому під терміном “механізм” розумітимемо сукупність процесів, що забезпечують ефект саморегуляції в живих системах.

Біосфера складається з великого числа всіляких підсистем, між якими існують тісні матеріально-енергетичні і інформаційні зв'язки. Структурно-функціональна організація біосфери визначає будову і режим роботи всіх підпорядкованих їй систем, в т.ч. популяцій і навіть організмів.

На підставі досліджень була розроблена загальна схема інформаційних зв'язків між системами трьох основних рівнів організації живого - організменого, популяційного і екосистемного (мал. 2). За її допомогою було з'ясовано два додаткових, але важливих для вирішення поставленої проблеми питання.

Мал. 2. Загальна схема інформаційних зв'язків в біосфері: I - організмений, II-популяційний, III – екосистемний рівні організації живого; стрілками показані категорії збурюючої дії: товстими - внутрішні біотичні (перешкоди), тонкими - біосистемні (біосферні), штриховими - зовнішні абіотичні. На схемі генотип умовно винесений за межі організму з тим, аби підкреслити його вирішальну роль в забезпеченні авторегуляції в живих системах. При цьому, звичайно, не випущено з поля зору те, що він як носій спадкової інформації може виконувати свої функції лише в межах організму - через фенотип.

1. Основні особливості потоків інформації і типи регуляції в живих системах біосфери. Одна з найбільш характерних особливостей біосфери полягає в тому, що вона разом зі всіма підлеглими їй системами всіх рівнів організації живого знаходиться під впливом безперервного потоку інформації, що надходить із зовнішнього по відношенню до неї абіотичного середовища (сонячна радіація, електромагнітне поле, тектонічні рухи і т. ін.). З джерелами цієї інформації ні біосфера, ні її підсистеми не мають зворотнього зв'язку, тобто не можуть впливати на кількість інформації, яка до них надходить.

Основні кількісні характеристики згаданих чинників абіотичного середовища в межах десятків і сотень тисяч, інколи навіть мільйонів років можна вважати постійними по відношенню до живих систем. Вони мають добре виражену ритміку і чіткий певний статистичний ефект дії. Тому живі системи в процесі еволюції були вимушені виробити такі пристосування, такі захисні механізми, які забезпечували б їм виживання під час максимальних відхилень від норми якого-небудь з цих чинників і гомеостазис під час незначних змін останніх. Це і зумовило формування в живих системах особливого типа регулювання, яке, згідно І. А. Полетаєва, можна визначити як регулювання з врахуванням чинників, що обумовлюють відхилення від програми ( перший тип регулювання).

Як свідчать дані багатьох галузей природознавства, регулювання в біосфері за згаданим типом дійсно привело до виникнення таких потужних засобів захисту, як озоновий шар і гумусова оболонка планети, а також величезної кількості форм пристосування, які можна віднести до категорії «запасів міцності» живих систем (величезна видова різноманітність; збереження до наших днів життєвих форм, що виникли мільярди років тому; однаковий спадковий потенціал всіх ядер будь-якого організму; універсальність біохімічних процесів для всіх організмів - від бактерії до людини; надійність передачі генетичної інформації; універсальність будови ДНК; потужний захист генетичного коду від зовнішніх дій).

Проте, хоча засоби самозахисту і гомеостазису в біосфері удосконалювалися більше трьох мільярдів років, у сьогодення жодна з найбільш організованих живих систем не може вважатися повністю захищеною від збурюючої дії чинників абіотичного середовища. Навіть таке найбільш захищене в живій природі утворення, як спадковий матеріал (він знаходиться під захистом озонового шару, товстого шару атмосфери, механізмів гомеостазису екологічних систем, багаточисельних захисних підсистем і регуляторних механізмів організму, а далі - і самої клітини, білкових з'єднань і ядерної оболонки), піддається прямій дії фізичних чинників, наприклад ультрафіолетовому випромінюванню.

Спадкова програма реалізується незалежно від того, де, в яких екологічних системах знаходиться організм, і що ознаки, надбані організмом в індивідуальному розвитку, не фіксуються безпосередньо в його генетичному коді. В даному випадку регулювання здійснюється за заданою програмою (другий тип регулювання).

Потік генетичної інформації направлений в протилежному напрямі по відношенню до потоку інформації, який надходить в живі системи з абіотичного середовища. Він пронизує всі живі системи - від організму до біосфери, оскільки за допомогою окремих особин розноситься у всі куточки останньою. І саме єдність індивідуального розвитку полягає в перетворенні спадкової інформації в систему життєвих зв'язків організму із зовнішнім середовищем незалежно від того, чи є остання окремим біогеоценозом або біосферою в цілому.

У полі протидії згаданих двох потоків інформації - генетичною і фізичною - у всіх живих системах на планеті формується якісно новий (третій) тип регулювання: по замкнутому циклу із зворотними зв'язками. Це означає, що значна частина відхилень в роботі живої системи, обумовлених збурюючою дією зовнішніх по відношенню до неї чинників, може оцінюватися і погашатися за допомогою властивих їй регуляторних механізмів.

Дата добавления: 2014-01-06