Всем уровням организации живой материи присущи черты, отличающие её от неживой материи. К свойствам живых систем (или критериям жизни) относят:
1) клеточное строение;
2) особенности химического состава: 98% массы приходится на водород, кислород, углерод и азот (тогда как неживые организмы состоят из кислорода, кремния, железа, магния);
3) обмен веществ и энергозависимость: все живые организмы способны к обмену веществ и энергии с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания, и выделяя наружу продукты жизнедеятельности. (Процесс поглощения веществ и их химических превращений называется ассимиляцией = пластическим обменом = анаболизмом. Процесс распада органических соединений на простые с выделением энергии называется диссимиляцией = катаболизмом);
ПОГЛОЩЕНИЕ → ПРЕОБРАЗОВАНИЕ + УСВОЕНИЕ → ВЫДЕЛЕНИЕ
4) самовоспроизведение = размножение = репродукция: это способность к размножению, т.е. воспроизведению нового поколения особей того же вида (или воспроизведение себе подобных);
5) наследственность: заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение;
6) изменчивость: это способность организмов приобретать новые признаки и свойства;
7) рост и развитие: под развитием понимают необратимое, направленное, закономерное изменение объектов живой природы. Онтогенез – индивидуальное развитие, филогенез – историческое (эволюционное) развитие. Развитие сопровождается ростом – т.е. увеличением массы и размеров;
8) раздражимость: это свойство избирательно реагировать на изменения внешней и внутренней среды. Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется через НС и называется рефлексом;
9) саморегуляция: это способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов;
10) ритмичность: это периодические изменения интенсивности с различными периодами колебаний. Ритмичность направлена на приспособление к меняющимся условиям существования;
11) адаптация = приспособленность: это соответствие среде обитания;
12) дискретность (прерывистый, раздельный): любой организм состоит из отдельных изолированных, т.е. обособленных или отграниченных в пространстве, но, тем не менее, тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, которые образуют структурно-функциональное единство.
2. Закономерности функционирования живых систем
Классификация систем по характеру связей параметров с окружающей средой:
Закрытые системы — какой-либо обмен энергией, веществом и информацией с окружающей средой отсутствует. Для закрытых систем характерно увеличение беспорядка. Замкнутые системы — обмениваются только энергией, но не обмениваются веществом. Изолированные системы — любой обмен исключен.
Открытые системы — свободно обменивающиеся энергией, веществом и информацией с окружающей средой. В открытых системах могут происходить явления самоорганизации, усложнения или спонтанного возникновения порядка.
Все живые системы - открытые системы, так как имеют обмен с внешней средой веществом, энергией, информацией.
Рис. 2 Структурная организация живой системы
Существование живых систем сопровождается сложными процессами вещественно-информационно-энергетического обмена между живой и неживой природой. Процессы зависят не только от состава биотических сообществ, но и от физической среды. Любая жизнь требует постоянного притока энергии, вещества и информации. Т.к. они необходимы для поддержания их жизнедеятельности и самовоспроизведения.
Поток энергии - это ее переход от организмов одного уровня к другому, в основном в форме химических связей органических соединений.
Поток вещества - перемещение вещества в форме химических элементов и их соединений от продуцентов к редуцентам, и вновь, к продуцентам. Вещества идут на построение тел организмов.
Поток информации - это внутренние входящие данные (гены, нервные импульсы) и внешние (факторы окружающей среды, от органов чувств).
Для ограничения воздействия внешней и внутренней среды на живую систему, для постоянства структуры и функций в системе существует гомеостаз. Гомеостаз — это состояние равновесия в природной системе, которое поддерживается приспособительными реакциями, саморегуляцией во всех звеньях системы.
Для Живых систем характерна энтропия. Энтропия - это термодинамическая функция. По первому закону термодинамики, энергия получаемая живыми системами, не исчезает, она сохраняется в окружающем нас мире, но переходит из одной формы в другую. По второму закону термодинамики, любые превращения энергии сопровождаются переходом части ее в такое состояние, когда она не может быть использована в работе. Такие потери энергии характеризует энтропия.
Рис.3 Функциональные группы живых организмов в системе переноса веществ, энергии
Энергия, необходимая для жизнедеятельности организмов, передается в форме вещества потребленной пищи. Лишь растения могут непосредственно использовать для своей жизнедеятельности лучистую энергию Солнца. Расходуется она на осуществление основных жизненных реакций.
Потоки вещества рассматриваются в экологии как передача веществ извне к автотрофам и далее по цепям питания от организмов одного трофического уровня к следующему. Вещество идет на построение тел организмов.
Информация требуется для дальнейшего существования и развития.
В отличие от веществ, которые непрерывно циркулируют по разным блокам системы и всегда могут вновь входить в круговорот, энергия может быть использована только один раз. Но она может переходить из одной формы (например, энергия света) в другую (например, потенциальную энергию пищи), она никогда не создается вновь и не исчезает. И не может быть ни одного процесса, связанного с превращением энергии, без потери некоторой ее части. В таких превращениях определенное количество энергии рассеивается в недоступную тепловую энергию и, следовательно, теряется. По этой причине не может быть превращений идущих со 100-процентной эффективностью.
Т.о., существование всех живых систем зависит от постоянного притока энергии, вещества и информации, которые необходимы для поддержания жизнедеятельности и самовоспроизведения.