Биоразнообразие. Уровни организации биосистем

Эволюция живого привела к формированию существующего ныне на планете биоразнообразия. За всю историю Земли на ней обитало от одного до двух миллиардов видов живых существ, большая часть которых вымерла. Однако и современное многообразие биологических видов потрясающе велико. Ученым известно не менее 1,4 млн. видов, обитающих на планете, в том числе не менее 4000 видов млекопитающиих, 9000 – птиц, 19000 рыб, 750000 насекомых, 210000 цветковых растений. Учитывая еще не описанные виды, общее число видов оценивается в диапазоне 5—30 млн. (Грант, 1991). «Полагают, что сейчас на нашей планете обитает свыше миллиона видов животных, 0,5 млн. вида растений, до 10 млн. микроорганизмов, причем эти цифры занижены» (Медников, 1994).

Такие различные организмы, как крошечные бактерии и гигантские синие киты, одноклеточные корненожки и человекообразные обезьяны, цветковые растения и насекомые – все входят в состав единого планетарного «тела биоса». Подобно целостному организму, биос зависит в своем существовании от гармоничного, слаженного функционирования всех “систем органов”. В роли “органов” и их “систем” выступают разнообразные группы живых существ. Описание этого био-разнообразия в различных его аспектах и гранях весьма важно как с точки зрения охраныэтого разнообразия, так и в концептуальном плане. Для биополитики особенно существенное значение имеет приложе­ние принципа, аналогичного “биоразнообразию”, к политическим системам с их плюрализмом, взаимодополни­тель­ностью и взаимозависимостью. Понятие “биоразнообразие” включает несколько различных аспектов.

3.3.1. Разнообразие видов живого с точки зрения систематики. Виды группируются в роды, роды – в семейства и т.д., пока мы не доходим до самых крупных из основных подразделений многообразия живого – империй, которые подразделяются на царства.. Наиболее фундаментальное различие современные систематики усматривают между прокариотами («доядерными») иэукариотами («истинноядерными»). Это и есть две империи: к империи прокариот (Prokaryota) относятся микроскопические существа – бактерии; к империи эукариот (Eukaryota) -- все остальные формы жизни – простейшие, грибы, растения, животные (включая человека).

«Прокариотная клетка отличается тем, что имеет одну внутреннюю полость, образуемую элементарной мембраной, называемой клеточной, или цитоплазматической (ЦПМ). У подавляющего большинства прокариот ЦПМ — единственная мембрана, обнаруживаемая в клетке. В эукариотных клетках в отличие от прокариотных есть вторичные полости. Ядерная мембрана, отграничивающая ДНК от остальной цитоплазмы, формирует вторичную полость… Клеточные структуры, ограниченные элементарными мембранами и выполняющие в клетке определенные функции, получили название органелл. В клетках прокариот органеллы, типичные для эукариот, отсутствуют. Ядерная ДНК у них не отделена от цитоплазмы мембраной.» (Гусев, Минеева, 2003). В пределах каждой империи различные авторы выделяют различное количество царств. Так в классификации Уиттекера (Whittaker, 1969) империя эукариот дробится на 4 царства – протисты, или простейшие, грибы, растения и животные, а прокариоты (синоним – монеры) считаются единым царством. В нижеследующей классификации от схемы Уиттекера допущено единственное отступление – прокариоты поделены на 2 царства – эубактерий и архей (архебактерий), что соответствует фундаментальному характеру различий между ними.

1. Империя прокариот (Prokaryota). Организмы, в большинстве случаев представляющие собой одну клетку. Недостижимое для других групп разнообразие условий обитания и часто невероятная пластичность. Типы питания весьма разообразны. Их характеризуют по природе источников трех необходимых компонентов жизни: энергии, углерода и водорода (источника электронов). По источнику энергии различают две категории организмов: фототрофы (использующие солнечный свет) и хемотрофы (использующие энергию химических связей в питательных веществах. По источнику углерода выделяют автотрофы (СО₂) и гетеротрофы (органическое вещество). Наконец, по источнику водорода (электронов) различают органотрофы (потребляющие органику) и литотрофы (потребляющие производные литосферы – каменной оболоочки Земли: Н₂, NH₃, H₂S, S, CO, Fe²⁺ и т.д.) По такой классификации зеленые растения (см. ниже) – фотолитоавтотрофы, животные и грибы – хемоорганогетеротрофы. В мире прокариот встречаются самые разнообразные сочетания. Прокариоты могут быть далее подразделены на

· Царство эубактерии (Eubacteria, «обычные бактерии»). Клеточная стенка обычно содержит специфическое вещество – пептидогликан (муреин). Царство включает разнообразных представителей – от мирных сожителей человека типа кишечной палочки (Escherichia coli) до опасных патогенов (возбудителей чумы, холеры, бруцеллеза и др.), от обогатителей почвы ценными азотистыми веществами (например, представители рода Azotobacter) до окислителей железа (железобактерии Thiobacter ferooxidans) и тех, кто способен фотосинтезировать подобно растениям, в том числе и с выделением кислорода (цианобактерии). В последние годы в некоторых работах царство «бактерии» делят на несколько самостоятельных царств.

· Царство археи(или архебактерии – Archaea или Archaebacteria), обитающие в экзотических условиях (одни в полном отсутствие кислорода; другие – в насыщенным растворе соли; третьи – при 90—100^оС и т.д.) и имеющие своеобразное строение клеточной стенки и внутриклеточных структур. По некоторым признакам (например, организация рибосом) археи ближе не к про-, а к эукариотам («сестринская связь» архей и эукариот, см. Воробьева, 2006).

2. Империя эукариот (Eukaryota). Как уже подчёркивалось, в империю эукариот входят организмы с вторичными полостями клеткок – органеллами, включая и ядро. Эукариоты включают в себя царства: простейшие, грибы, растения и животных:

· Царство простейшие (Protista) Одноклеточные или колониальные (рыхлое объединение способных существовать самостоятельно клеток) организмы, имеющие клеточное ядро, окруженное двойной мембраной. По способу получения энергии делятся на группы, напоминающие 3 царства, данные ниже (есть протисты, подобные грибам, растениям и животным).

· Царство грибов (Fungi). Многоклеточные (состоящие из нитевидных гиф) организмы, также ведущие гетеротрофный образ жизни, но питающиеся преимущественно отмершими организмами или выделениями организмов, которые они, подобно растениям, всасывают. Есть, правда, паразитические грибы, поселяющиеся в живых тканях организма-хозяина. «Хотя грибы ведут незаметную, скрытую жизнь, роль их в природе огромна. Как и бактерии, они превращают органику в доступные для растений вещества» (Медников, 1994).

· Царство растения (Plantae). Многоклеточные организмы, способные к усвоению энергии света (фотосинтезу) и потому часто не нуждающиеся в готовых органических соединениях (ведущие автотрофный образ жизни). Вода, минеральные соли и в некоторых случаях органика поступают путем всасывания. Растения поставляю органику для других царств живого и вырабатывают живительный кислород (последняя роль в известной мере выполняется также прокариотами – цманобактериями).

· Царство животные (Animalia).Многоклеточные организмы, питающиеся готовыми органи­ческими соединениями (ведут гетеротрофный образ жизни), которые они приобретают посредством активного питания и передвижения, причем преимущественным объектом питания служат живые организмы. В рамках данной книги особый интерес представляют организмы с ярко выраженной социальностью – способностью формировать сложные надорганизменные системы с разделением функций, координацией поведения особей в масштабе всей системы. Таковы колониальные кишечнополостные, чьи колонии порой напоминают единый организм (сифонофоры), насекомые типа термитов, пчел или муравьев, чья социальная жизнь издавна вызывала восхищение у мыслителей и навевала аналогии с человеческим социумом (например, отраженную в басне XVIII века «О пчёлах», принадлежащей перу Мандевилля) и, наконец, хордовые, особенно млекопитающие.

«Командные посты» в биосфере Земли занимают представители типа хордовых: рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие во главе с человеком. Для них характерны следующие признаки:

· Хорда (спинная струна) – ось внутреннего скелета, упругий гибкий стержень.У высших хордовых имеется лишь на ранних стадиях развития зародыша, вытесняясь затем позвоночником.

· Центральная нервная система (спинной и головной мозг) имеет трубчатое строение и образуется как впячивание спинной стороны зародыша.

· У всех хордовых, по крайней мере на стадии зародыша, имеются жаберные щели – парные поперечные отверстия, прободающие стенку глотки.

Самый высокоорганизованный класс хордовых – млекопитающие (звери). Они имеют постоянную высокую температуру тела, высокоразвитую нервную систему. В первую очередь головной мозг. Рождают детенышей, которые развиваются в теле матери, получая питание через плаценту, а после рождения вскармливаются молоком» (Медников, 1994).

3.3.2. Разнообразие внутри одной таксономической группы живых существ, в частности внутри одного вида (скажем, разнообразие внутри вида кошка домашняя). Это разнообразие, в свою очередь, включает в себя ряд важных аспектов. Так, можно говорить о разнообразии группировок особей внутри одного и того же вида живого. Например, все обезьяны шимпанзе относятся к одному виду, но наблюдаются различия в поведении и языках общения, а также ритуалах у разных групп шимпанзе. Приматолог де Вал отмечает, что только в одной из изученных им групп шимпанзе обезьяны приветствовали друзей, поднимая над головой руки и пожимая их. Не менее важно разнообразие и внутри одной такой группы — будь то прайд львов или колония микроорганизмов.

Во-первых, особи различаются по возрастам (“возрастная пирамида”), а во многих случаях по половым характеристикам. Даже у бактерий могут быть два типа особей — F+ и F- клетки (у кишечной палочки, населяющей кишечник человека).

Во-вторых, имеются бесчисленные индивидуальные вариации. Биополитики обращают внимание на то, что и у человека в семьях велики индивидуальные различия, например, между братьями. И в человеческом обществе, и в группах любого другого вида живого такое разнообразие представляет результат сложного взаимодействия врожденных (генетических) характеристик и влияния различий в условиях жизни (факторов окружающей среды). Отметим, что даже в одной семье у человека в разных условиях живут старшие и младшие братья, любимые и нелюбимые дети.

На все эти индивидуальные отличия налагаются еще различия, диктуемые распределением ролей и функций во всей группе, семье, колонии, вообще биосоциальной системе. И тогда оказывается, что для разных социальных ролей лучше подходят особи с различными задатками, а также разные роли могут быть распределены по возрастам и полам индивидов. Например, при всем своем “эгалитаризме” (равенстве по богатству, авторитету, рангу, см. ниже, 3.7) первобытное общество учитывало возрастные, половые и просто индивидуальные различия. Мужчины в основном охотились, женщины — собирали плоды, коренья, ягоды и в большей мере участвовали в воспитании детей; люди преклонного возраста преимущественно становились старейшинами, шаманами, в то же время вождь во время войны чаще был молодым человеком. Люди с индивидуальными талантами могли их развивать — художественные дарования делать наскальные рисунки, искусные танцоры и рассказчики веселить соплеменников своими плясками и повествованиями, соответ­ственно.

Поэтому биоразнообразие во всех своих гранях поистине является необходимой предпосылкой оптимального, гармоничного функционирования целого анасамбля живого — биосферы. Организмы с различными характеристиками и требованиями к среде обитания, вступающие в разнообразные отношения друг с другом, могут быть функционально специализированны в рамках "тела биоса". Каждый из биологических видов может представлять собой жизненно важный орган этого "тела". Есть многочисленные примеры отрицательных глобальных последствий уничтожения одного только биологического вида.

3.3.3. Уровни организации живых организмов. Одним из важных аспектов биоразнообразия служит многоуровневость живых объектов. Читателю рекомендуем вернуться на мгновение в конец раздела 2.1 выше, где мы коснулись вопроса о многоуровневости (многослойности) мира в целом. В рамках приведенной нами схемы Н. Гартмана живое соответствует «органическому» слою (хотя и не исчерпывается им, проявляя элементы «душевного» и даже «духовного» -- на чем собственно и зиждется возможность сопоставительного биополитического подхода к человеку и другим формам живого). Но, даже оставаясь в рамках органического слоя (уровня), мы можем выделить в нем несколько уровней второго порядка – их Гартман (Hartmann, 1940) называл «ступенями бытия» (Seinsstufen). Эти «ступени бытия» – уровни внутри биологического – служат критерием различения живых объектов. Многоклеточный организм (растение, животное, гриб) отличается от одноклеточного, ибо имеет внутри себя дополнительные уровни организации (тканевый, организменный – чуть ниже мы приведём наш вариант шкалы этих уровней).

Любой единичный биологический объект (клетка бактерии, цветущее растение, обезьяна бонобо и др.) представляет собой сложно организованную систему, состоящую хотя бы из нескольких уровней, из числе приведённых ниже. Ситуация несколько напоминает русскую матрёшку, в которой находятся более маленькие матрёшки. Разные авторы, кроме упомянутого критерия «части и целого», вводят различные другие критерии вычленения уровней (размер, сложность организации и др.), предпочитают выделять разные уровни в качестве главных. Были предложены разнообразные конкретные схемы уровней живого, где выделяется от 4 до 8 (например, см. Кремянский, 1969; Сетров, 1971; Miller, 1978; Miller, Miller, 1993) уровней. Ниже мы приводим свою схему, как бы представляющую общий знаменатель взглядов различных авторов:

1. Молекулярный (молекулярно-биологический). Молекулы, которые служат строительными блоками биосистем (роль белков, полисахаридов и других крупных органических молкул – биополимеров), носителями наследственной информации (нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК), сигналами для коммуникации (часто малые органические молекулы), формами запасания энергии (в первую очередь АТФ) и др.

2. Субклеточный (внутриклеточный). Сложенные из молекул микроструктуры (мембраны, органеллы и др.), входящие в состав живой клетки.

3. Клеточный. Уровень имеет особое значение, так как клетка (в отличие от отдельной молекулы или органеллы) есть элементарная единица жизни. Многие особи всю жизнь существуют в виде одной клетки – одноклеточные. У многоклеточных клетки не расходятся, а образуют единый организм. Например, человеческий организм состоит примерно из 10¹⁵ клеток.

4. Органно-тканевый уровень. Принцип «матрешки» работает и дальше. У многоклеточных существ однотипные клетки формируют ткани, из которых состоят органы растений (лист, стебель и др.) и животных (сердце, печень и др.).

5. Организменный уровень. Целое живое существо (заметим, что у одноклеточных форм жизни, например, простейших, бактерий, понятия клеточный и организменный уровни тождественны друг другу). В рамках этого уровня рассматриваются не только специфические структуры и функции того или иного живого организма, но и поведение биологических индивидов, гамма их взаимоотношений между собой, что ведет к формированию надорганизменных (биосоциальных) систем. Здесь мы видим переход к еще более высоким – надорганизменным – уровням организации

6. Популяционный уровень. Уровень группировок особей одного вида (популяций).

7. Экосистемный (биоценотически-биогеоценотический) уровень. Уровень сообществ многих видов организмов, формирующих единую локальную систему (биоценоз), причем часто в рассмотрение включаются также окружающая организмы среда (ландшафт и др.); в этом случае вся система называвется экосистемой (биогеоценозом).

8. Биосферный уровень. Соответствует всей совокупности живых организмов планеты, рассмотренной как целостная система (биосфера, биос в терминологии Агни Влавианос-Арванитис).

Это общий очерк уровней живого, классификация которых значительно различается у разных исследователей, которые привносят в уровневые классификации свои специфические интересы. Более того, новые научные открытия время от времени вводят в обиход новые, ранее не признававщиеся уровни. Пример: исследования лабораторий В.Л. Воейкова и Л.В. Белоусова на биологическом факультете МГУ, вслед за более ранними работами Н.Г. Гурвича позволили предположить наличие еще одного уровня биоса (между молекулярно-биологическим и субклеточным) – уровня молекулярных ансамблей. Подобные ансамбли (например, молекула ДНК) уже обладают многими “живыми” свойствами, такими как память, активность, целостность (когерентность).

В предлагаемой ниже таблице обозначены важнейшие характеристики уровней организации живого и их социальные приложения. В принципе каждый из основных уровней организации биосистем имеет биополитически важные аспекты. Каждый уровень допускает достаточно плодотворные аналогии и экстраполяции, дающие пищу для ума для исследователей человеческого социума с его политическими системами.

Таблица. Уровни организации живого и их биополитическое значение

На молекулярно-биологическом уровне биополитический интерес представляют так называемые шапероны (от англ. chaperon – пожилая дама, сопровождающая молодую девушку) – белковые молекулы, которые обеспечивают функционально правильную укладку других молекул (например, ферментов). Представляется, что самоорганизующиеся политические движения современности, в том числе всякого рода сетевые структуры (см. о них 5.7 ниже) должны находиться под влиянием некоторых помогающих организаций-«шаперонов», которые направляли бы их деятельность в разумное русло. Создание аналогичных «шаперонов» на уровне целого государства, которые бы направляли демократический процесс по наиболее конструктивному руслу, не отнимая у участников этого процесса простор для деятельности, а только создавая им оптимальные условия, в том числе и в плане жизненных потребностей людей (осуществляя «биополитику» в понимании М. Фуко) – вот, по мысли автора данной книги, «рациональное зерно» политического термина управляемая демократия.

На клеточном уровне несомненную ценность представляет предложенное Р. Вирховым в XIX в. (см. 1.1) сравнение тканей в составе многоклеточного организма с «клеточными государствами», а закономерностей роста и деления клеток – с социальными нормами поведения граждан в государстве. Сравнение целого организма с политической системой – базисная аналогия для организмического подхода в социологии и политологии (см. Франчук, 2005а, б).

Однако наибольшее значение для биополитики имеет сопоставление биосистем на их популяционном уровне с объектами политологии. Взаимодействие индивидов в составе биосоциальных систем в сопоставлении с политическими системами человеческого общества будет основной темой четвертой и пятой глав настоящей книги.

Интерес представляют, впрочем, и еще более высокие уровни организации биосистем. Например, представляя генетически единый биологический вид, человечество тем не менее состоит из различных культур (с разными нормами поведения). С известным правом человечество в культурном плане можно рассматривать как аналог многовидовой ассоциации (биоценоза).

3.3.4. Диатропический подход к живому. В ХХ веке разнообразие живого служило предметом диатропического подхода к нему (С.В. Мейен, Ю.В. Чайковский, С.В. Чебанов). «Диатропика (от греч. diatrόpoV – разнообразный, разнохарактерный) – наука о разнообразии, т.е. о тех общих свойствах сходства и различия, которые обнаруживаются в больших совокупностях объектов» (Чайковский, 1990. С.3). Диатропический подход нацелен на построение типологии всего рассматриваемого класса объектов (например, всех кошек, всех растений, всех политических систем) с составлением полного кадастра многообразия форм индивидуальных объектов (таксонов) и также многообразия составляющих их частей (меронов), к примеру, передних конечностей млекопитающих или вариантов кабинетов министров в политических системах. Полный кадастр части тела (мерона) «конечность» у млекопитающих включает в себя варианты «лапа» (наиболее распространенный), «ласт» (у нерп, моржей), «плавник» (у китообразных).

На базе кадастра меронов создаются “обобщенные образы” (архетипы), тех или иных форм живого или их групп. Например, создать обобщенный портрет кошки означает выяснить, какие варианты сочетаний частей (меронов) делают животное кошкой, например упомянутый мерон «передняя конечность» может быть лишь «лапой», никак не «ластом» или «плавником», он не может также отсутствовать (за вычетом уродств или прижизненных травм). Более детально – лапа должна быть когтистой, подушечки должны быть определенных цветов, причем при заданном цвете подушечек лап (скажем, розовом) другие мероны должны также иметь совместимые характеристики (живот у кошки с розовыми подушечками должен непременно быть белым), если мы хотим, чтобы сочетание меронов реально встречалось среди кошачьего племени.

Диатропический подход исследует также вопрос о роли многообразия (разнокачественности, гетерогенности) элементов для выполнения функций той системы, которую они слагают. Приведем здесь пример, относящийся к человеческому обществу. Многие государства состоят из представителей различных этнических групп. Как это соотносится с разнообразием социальных функций, в частности, профессий? Благоприятствует ли разнообразие этнических особенностей более полному насыщению всех формируемых в обществе профессиональных вакансий?

В связи с диатропическим подходом к биосистемам остановимся на реализуемом на разных уровнях живого законе необходимого разнообразия(Реймерс, 1992). Устойчивое функционирование надорганизменных систем, также как и просто многоклеточного организма как «коллектива клеток» предполагает, что элементы не полностью одинаковы, а различаются между собой, что служит предпосылкой их специализации по функциям.

В биосистемах этот закон дополняется законом избыточности системных элементов, когда каждая функция в системе выполняется не одним, а сразу многими ее элементами. Биосистемы функционируют надежнее благодаря этому закону (функции иммунной защиты реализуются в организме человека и миндалинами, и тимусом, и аппендиксом, и лимфоузлами, и селезенкой): выбывший из строя элемент системы замещается другими, выполняющими ту же функцию. Однако, наряду с избыточностью и дублированием функций многими звеньями системы в развитии биосистем прослеживается и другая теденция – уменьшения числа однородных блоков с идентичной функцией. Ранее однородные элементы в этом случае дифференцируются по «профессиям», что дает возможность выполнять большее число функций в рамках всей системы. Надежность всей системы в этом случае сохраняется за счет повышения качества каждого отдельно взятого элемента. У кольчатых червей (например, земляного червя или пиявки) тело сложено из многих однородных, повторяющихся звеньев – сегментов. В ходе эволюции кольчатые черви дали начало членистоногим (насекомым, паукообразным, ракообразным), у которых сегменты тела уже не однородны, а специализированы по функциям.

Поиск по сайту: