2.1 Жүйелі ұйымдастыру

ХХ ғасырдың бірінші жартысында жүйенің жалпы теориясы құрылды. Оның негізгі авторы австриялық биолог және философ Людвиг фон Берталанфи (1901 – 1972 ж.ж., негізгі еңбектері 1931 – 1968 ж.ж. аралығында болды). Жүйенің жалпы теориясына сәйкес табиғат пен қоғамның барлық объектілерінің жүйесі болып саналады. Жүйелер ғарыштық, физикалық, техникалық, биологиялық, әлеуметтік, экономикалық және т.б. болып бөлінеді. Табиғат объектілерінің алуантүрлілігін микроәлем – атомдар мен олардың элементарлық бөлшектері, макроәлем – молекуладан бастап материктер мен мұхиттарға дейін, мегаәлем – ғарыштық объектілер және олардың жүйелік бірлесулері деп бөлуге болады. Тірі жүйелер макроәлемге жатады. Жүйе – бұл құрылымның белгілі заңдарымен өзара әрекеттесіп, анықталған қатынастармен байланысқан элементтер жиынтығы. Өзара әрекеттесу мен құрылымдық және функционалдық қатынастардың барлық жиынтығы жүйені ұйымдастыруды құрайды. Жүйені ұйымдастыру ережеге сәйкес сатылы болып келеді, яғни бірнеше бірлескен деңгейлерден тұрады. Тірі объектілер – құрылымдық және функционалдық реттелген типті жүйелер, яғни белгілі ұйымдастыру мен сатылылықты қажет етеді.

Философия категориясында «элемент» және «жүйе» түсініктері бөлшек және бүтін арақатынасына ие. Жалпы философиялық заңға сүйенсек, бүтін бөлшектер қосындысынан көп екенін көруге болады. Бұл бөлшектердің (элемент) өзара әрекеттесуі мен жиынтығы шығатын бөлшектерде болмайтын бүтіннің (жүйе) кейбір жаңа сапалар құрайтынын білдіреді. Осындай жаңа сапалар, қасиеттер жүйенің эмердженттік қасиеттері деп аталады (шынына келсек – қайта пайда болған, күтпеген қасиеттер). Биологиялық жүйелер жағдайында бұл жаңа қасиеттер тіршіліктің әртүрлі көрінулерін білдіреді. Бұдан көретініміз, тіршіліктің өзі – жүйені ұйымдастырудың белгілі деңгейінде көрінетін эмерджентті, сапалы жаңа қасиет. Ішкі ортаның заттармен, энергиямен және ақпаратпен алмасуы үшін ашық және жабық болуына сәйкес, теориялық түрде жүйелер ашық және жабық болып келеді. Қазіргі жаратылыстану жабық жүйелерді абсолютті түрде таба алмайды, алайда ашықтықтың дәрежесі сөзсіз түрленеді. Сондықтан, жүйелі көзқарас шекаралық беттердің жартылай өткізгіштігі арқылы өтетін ашық жүйенің қоршаған ортамен бірлесе түсуі байқалады. «Шекаралық беттер» ұғымы өте шартты, оны табиғаттың оқшауланған түрі бойынша әртүрлі формаға иеленгенінен байқауға болады. Мысалы, жасуша қабығы немесе кемені қаптау қоспадан немесе химиялық заттардың қорытпасынан (ақуызды-липидті қабық, болатты беттер) жасалған, құстар тізбегі немесе деканның жазбаша өкімімен біріктірілген студенттер тобы, күн жүйесі ешқандай қабықшадан тұрмайды, бірақ гравитациялық өріс есебінен өз шекарасын ұстап тұрады.

2.2 Тірі материяны ұйымдастырудың деңгейлері

Тірі материя ұйымдастырудың өзара байланысқан және өзара бағыныңқы сатыларымен болжамданады. Басқаша айтқанда, тіршілік көпдеңгейлі ұйымдастыруды қажет етеді. Алайда, қандай да бір жүйе ұйымдастырудың аса жоғары деңгейінің элементі ретінде қарастырылатынын білдіреді және керісінше, элемент ұйымдастырудың аса төмен деңгейінің жүйесі ретінде де қарастыруға болады. Яғни, әрбір деңгей бір уақытта әрі жүйе, әрі элемент болып табылады. Мысалы, адам ағза секілді элемент мүшелерден тұратын жүйе болып табылады, әрі сол уақытта элементі де (адамдардың белгілі популяция мүшелері) бола алады. Жалпы алғанда, тірі жүйені ұйымдастырудың төрт деңгейін қарастыруға болады, өйткені анағұрлым дәрежесіне сәйкес олардың деңгейшелерін бөлуге болады. Олар: молекулярлық – генетикалық (органикалық молекула; макромолекула, соның ішінде ген; макромолекулярлық кешен, соның ішінде вирус; жасуша органоиды); онтогенетикалық (жасуша, ұлпа, мүше, ағза); популяциялық – түрлік (популяция, түр); биогеоценотикалық (қауымдастық, биоценоз, биогеоценоз, биосфера). Осы деңгейлер мен деңгейшелер аталған логикалық жүйені білдіреді, олар қазіргі уақытта биожүйелерді құрылымдық - функционалдық ұйымдастырудың сатыларын және қиындықтарын көрсетеді. Одан басқа тарихи жүйелерді айтуға болады, олар эволюция кезінде өздерінің дамуы мен шығу тарихын көрсететін популяциядан бастайтын ағзалардың шартты бірігулері. Бұл – түр, тек, тұқымдас, қатар, класс, тип, патшалық, империя.

Тірі жүйені ұйымдастырудың құрылымды-функционалдық деңгейлеріне қысқаша тоқталайық. Макромолекула деңгейінде жүйенің күрделі дәрежесі кәдімгі молекулалармен салыстырғанда өсуде. Бірақ та бұл деңгей толыққанды тіршіліктің басталуына жеткіліксіз. Макромолекула деп өте үлкен, әдетте полимерлі молекуланы айтады. Тірі ағзаларда макромолекуланың төрт түрін ажыратуға болады: көмірсутектер, липидтер, ақуыздар мен нуклеин қышқылдар. Олар жасушаның химиялық негізін құрайды, бірақ та кейбір көмірсутектер мен ақуыздар жасушаралық заттардың құрамына енеді, әдетте тұздармен бірге (шеміршектің негізгі заты, сүйектер).

Көмірсутектер жай және күрделі болып бөлінеді. Жай көмірсутектерге – моносахаридтер (глюкоза, лактоза), күрделі көмірсутектерге – моносахаридтердің жүздеген және мыңдаған бірлесуінен құралған полисахаридтер жатады. Кейбір полисахаридтер көмекші функцияны орындайды, мысалы, өсімдіктерде целлюлоза (өсімдік жасушасының ұлпа қабығы), шаяндарда, жәндіктерде, саңырауқұлақтарда – хитин қабығы. Бірақ көбінесе көмірсутектерді энергияны алатын отын ретінде қолданады. Липидтер, немесе май тәріздес заттарда глицериннің түр өзгертілген молекуласына – «басына» бекітілген көміртекті-сутекті бірліктерден құралған ұзын «құйрығы» болады. Құйрықтар суды итереді (гидрофобты), сондықтан бір-біріне құйрықтарымен келтірілген липидті молекуланың екі қабаты сулы және ион өткізбейтін қабықты мембрананы құрайды. Жасуша қабықшасы мен кейбір ішкі жасушалы органоидтар мембранадан құралады. Одан басқа липидтер, көмірсутектер секілді, көп энергиялы болып келеді, әрі отын ретінде де қолданылады.

Ақуыздар негізгі полимерлер, өйткені олар тіршілік қызметінің көпшілігін орындайды. Ақуыз тізбегі – полипептид – мономердің – амин қышқылдарының (амин тобы NH₂ және қышқыл тобы – СООН) үлкен сандарынан құралған (50 – 100 – 500 және одан да көп). Амин қышқылдарының 20 түрі бар, және олардың алмасулары ретсіз, сондықтан ақуыз тізбегінің алуантүрлілігі шексіз үлкен, ал бұл ақуыздарға әртүрлі қызметтерді орындауға мүмкіндік береді. Ең үлкен алуантүрлілік ақуыз-ферменттер – биохимиялық реакциялардың катализаторлары болып табылады.

Нуклеин қышқылдары (латын тілінен аударғанда nucleus – ядро) алғашқы рет жасуша ядроларынан бөлінген және макромолекуланың ең күрделісі болып табылады. Оның екі түрі бар: дезоксирибонуклеинді қышқылы – ДНК және рибонуклеинді қышқылы – РНК. ДНК – екі тізбекті полимер, РНК – бір тізбекті. Бұл жағдайда мономер болып аса үлкен және күрделі молекулалар нуклеотидтер болап табылады. ДНК барлық жасуша ақуыздарының құрылымы туралы ақпаратты сақтайды, ал РНК жаңа ақуыздарды синтездеу кезінде олардың іске асуына көмек береді. Ақуыздың бір молекуласының құрылымын таңбалайтын ДНК фрагментін тек деп атайды.

Макромолекулалар әдетте макромолекулалық кешендерде, немесе сондай-ақ, жасуша органоиды деп аталатын ерекше құрылымдарда бірігеді. Типті органоидтарга рибосомалар ақуыз синтезіне апаратын элементарлы құрылымдар, миофибрилдер – бұлшықет жасушаларындағы қысқартылатын жіптер, митохондриялар – жасуша энергияларын шығарушы, хромосомалар – ДНК яғни тектерді сақтаушылар жатады. Макромолекулалар және олардың кешендері, гендер, жасуша органоидтары энергетикалық алмасу, қозғалыс, синтездеу, тұқым қуалаушылық осы сияқты тіршіліктің жеке қасиеттеріне жауап береді, бірақ бұл қасиеттер бүтін жасуша жүйесінде ғана көріне алады. Тіршіліктің жасушадан тыс формасы боп есептелетін вирустар да шындығын да жасушадан тыс макромолекулалық кристаллдар болып келеді, олар көбейе алады, ақуыздарды синтездейді, энергияны меңгереді. Сондықтан кейбір ғалымдар вирустарды мүлдем тірі ағзаға жатқызбайды. Осыдан жеке молекулярлы-генетикалық құрылымдар толық тіршілік иесі болып атайтындай күрделі критикалық деңгей арқасында қамтамасыз ете алмайды.

Онтогенетикалық деңгей. Онтогенез – бұл ағзаның жеке дамуы, бір жасушадан бастап арнайы ұлпалар мен мүшелердің көптігімен үлкен көп жасушалы тірі жандарға дейін, бұл деңгейшелердің бір онтогенетикалық деңгейге бірігуінің екі себебі бар. Біріншіден, зигота шын мәнінде кәдімгі жасуша. Ол дамудың бір жасушалы кезеңінде болса да ағза болып есептеледі. Екіншіден, табиғатта көпжасушалылар ғана тіршілік етпейді, оған қоса жануардың және өсімдіктің қасиетіне ие біржасушалы ағзалар да тіршілік етеді. Бактериялар ерекше ұсақ және ядросыз жасушалар, олар да өздігінен тіршілік ететін ағзалар. Сондықтан «жасуша» және «ағза» анықталған жағдайларда ұқсас болып табылады. Сондықтан қорыта келгенде: жасуша аса кіші, яғни элементарлы тірі жүйе болып есептеледі, өйткені оларда тірі ағзалардың барлық қасиеттері бар. Жасуша көп жасушалы ағзалар секілді тамақтануға бейімделген, энергияны сіңіреді, заттарды синтездейді, қозғалады, тітіркендіргіштерге жауап береді, көбейеді, бейімделе алады және т.б. Осыдан жоғары эукариоттық жасушаларда оқшауланған бөліктерінің ерекше айқын көрінуі, жасуша ішіндегі өзара органоидтарға бөлінуі бұл дискреттік құрылымның жоғары деңгейіне әсер етеді

Жасушалы деңгейдің шешілмеген мәселесі бар. Олар: табиғатта бар жасушалы ұйымдастырудың екі типі – прокариот және эукариот. Прокариоты (ядроға дейінгі) – бұл ұсақ жасушалар (шамамен 1 мкм.), оларда ядро мен басқа органоидтар болмайды. Тұқым қуалайтын зат – ДНК цитоплазмада еркін жатыр, ал басқа функционалды блоктар аса үлкен емес қабықсыз макромолекулалық кешендермен көрсетілген. Прокариоттарға барлық бактериялар және көк-жасыл балдырлар жатады. Эукариотты (нағыз ядросы бар) – ірі жасушалар (10-50 және одан көп мкм.), оларда хромосома формасындағы ДНК ядрода орналасқан және жұмыс құрылымының көбісі оқшауланған органоидтарға ұйымдасқан. Ядро мен органоидтар үшін оқшауланған қызметті жасушалы қабаттың мембранасы секілді липидті-ақуызды мембраналар атқарады. Эукариотты ұйымдастыру бір жасушалы қарапайым (амеба, инфузория және т.б.) және көп жасушалы ағзалардың (саңырауқұлақтар, өсімдіктер, жануарлар, адамдар) жасушаларында болады. Мәселенің мәні жасушаның екі типіндегі мөлшерінде және құрылымдық ерекшелігінде емес, оның мәні мынада: митохондрия мен хлоропластар секілді эукариотты жасушаның кейбір органоидтары бактериялар мен көк-жасыл балдырлар секілді прокариоттарға ұқсас. Оларда өздерінің ДНК-сы, ақуызды синтездеу аппараты, энергиямен қамтамасыз ету жүйесі бар. Осы негізде селбесу эукариотты жасушалардың шығу тарихы туралы симбиотикалық гипотеза шығарады. Бұл жағдайда про- және эукариотты жасушалар күрделілік деңгейіне ғана емес, сонымен қатар, шығу тарихына да байланысты әр түрлі болуы қажет: төменгі және жоғарғы.

Ұлпалар мен мүшелер ағза мен жасуша арасындағы негізгі аралық деңгейшелер ұсынады. Әрине, бұл деңгейшелер тек қана көп жасушалы жануарларда, өсімдіктерде, саңырауқұлақтарда көрінеді. Мысалы, адамда эпителиалды, бұлшықетті, жүйкелік және дәнекер ұлпалар бар. Ұлпалар жасуша мен жасушааралық байланыстыратын заттардан тұрады. Мүшелер әр түрлі ұлпалардан тұрады. Сонымен, жүрек негізгі бұлшықетті ұлпадан басқа байланыстырғыш ұлпаны, қанды, жүйке элементтерін, эпителиалды қабықшаны қосады. Жүйке жасушаларымен бірге бас ми қан тамырларды, асқазанды қарайды. Көптеген мүшелер жүйеге біріктірілген. Көп жасушалы ағза, жеке жасуша секілді, биологиялық ұйымдастырудың аяқталған және тұрақты деңгейін ұсынады. Ағза немесе дара өздігінен тіршілік етуге, көбею мен дамуға бейімделген. Популяция-түрлік деңгейі. Түр – аса маңызды биологиялық категория, ол жемісті ұрпақ беретін, еркін будандасуға бейімделгіш морфологиялық, физиологиялық, генетикалық, эколого-географиялық белгілер бойынша тұқым қуалағыш ұқсастықтары бар даралардың жиынтығы ретінде анықталады. Карл Линней кезінен бастап (18 ғасырдың швед натуралисті) биологиялық түрлер латын тілінде екі түрлі атауды білдіреді – бірінші сөз ру дегенді білдірсе, екіншісі – түр. Мысалы, Phaseolus vulgaris – кәдімгі фасоль, Passer domesticus – үй торғайы, Homo sapiens – саналы адам. Түр анықтамасындағы негізгісі (оның негізгі критерийі) – далалардың будандасуға бейімділігі, сонымен қатар, жемісті ұрпақ қалдыру. Жабайы шарттарда әр түрлі түрдегі даралар будандаспайды. Жылқы мен есекті жасанды түрде будандастыруға болады, бірақ олардың ұрпағы мул – ұрпақсыз болады. Сондықтан жылқы мен есек – әртүрлі түрлер. Әр түр Жер шарында анықталғанын ареалында – территория немесе акваториясында орын алады. Кейде бұл шамалы, оқшауланған аумақ, мысалы, амур жолбарысы үшін Манчжур тайгасы. Мұндай түрлерді эндемиялық немесе эндемиктер деп атайды. Басқа жағдайда түр жер шары бойынша таралған түрлер космополиттер болады. Көбінесе түр ареалы шашылған, түрлер жеке топтармен – популяциялармен өмір сүреді. Популяция – бір түрдегі даралардың кейбір оқшауланған жиынтығы, олар ұзақ уақыт анықталған ареалда қоныстанып, еркін будандасуға бейімделген. Популяция ареалдан басқа анықталған экологиялық қуысқа ие. Егер ареал – популяция мекені болса, онда экологиялық қуыс – оның тіршілік ету нысаны: тамақ құрамы, жаулар, су режимі, орман қабаты және т.б. Бірақ популяцияның биологиялық түрлер эволюциясы және еске түсіру бірлігі ретінде негізгі қасиеті – даралардың еркін будандасуға жол ашықтығы, яғни ата-ана гендерінің еркін комбинаторикасы. Популяцияның генетикалық құрылымының біртіндеп айырмашылығынан жаңа түрлер шығады. Сондықтан кейде популяция мен түр арасында шекті жүргізу қиынға соғады, сондықтан бұл категориялар ұйымдастырудың бір деңгейі шегінде қарастырылады.

Биогеоценотикалық деңгей. Бұл деңгейде экологиялық жүйелерді қарастырамыз: қоғам, биогеоценоз, биосфера жатады. Қоғам – анықталған территориядағы әр түрлі түрлер популяциясының жиынтығы. Әдетте мамандар (ботаниктер, зоологтар, микробиологтар) қоғамды анықталған категориялар объектілері бойынша бөледі: өсімдіктер қоғамы – фитоценоз, жануарлар қоғамы – зооценоз, микроорганизмдер қоғамы – микробиоценоз. Бұлардың жиынтығын жоғарғы қоғам биоценоз деп атайды. Биоценоз немесе қоғамда әр түрдің популяциясы тығыз қарым-қатынас жасайды. Кез келген тірі қоғам барлық биоценоз сыртқы ортаның анықталған шарттарында тіршілік етуіне бейімделген. Жердегі қоғамдар үшін бұл анықталған типтегі топырақ, температура, ылғалдылық, жарықтандыру; сулы қоғам үшін – минералдық құрам, тұздылық және су аэрациясы, сол температура мен жарықтандыру, тереңдік, ағын және т.б. Қоғамдағы тіршілік ету ортасының бұл өлі факторлардың жиынтығы биотоп ретінде белгіленеді. Қазiргi экологияның ең маңызды жалпылауы тiрi емес орта және орналасқан оның биоценозы затпен және энергиялармен ауысып тұруынан өзара, тар әрекеттесуде болуынан тұрады, сондықтан биотоп және биоценоз бiрыңғай жүйеде биогеоценозда қалыптасады. Биогеоценоздар – бұл табиғи экожүйелер: орманды, қырлы, батпақты, өзенді, көлді, теңізді және басқалар. Бірақ адам жасанды экожүйелер жасайды, ол агроценоздар (ауылшаруашылық плантациялар, құс фабрикалары, ауылшаруашылық фермалары т.б.), аквариумдар мен балық тоғандары, соңында ішкі климаты бар космос станциялары. Жердегі жоғары экожүйенің бiрiгуi биосфера болып табылады. Биосфера – тiрi ағзалардан тұратын жер қабығы. Жердiң биосферасы туралы білімнің негізін қалаушысы атақты ресейлiк натуралист және философ Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945 ж.ж.) болып табылды. Бұл ілімнің және Вернадский жасаған биогеохимиялық ғылымның негiзгi ойы біздің планетамыздың тірі және тірі емес әлемі бір, ортаның ағзасы мен компоненттері энергия мен заттар алмасуымен байланыстылығынан құралады. Вернадскийдiң шығармашылық мұрасының төбесi оның ноосфера туралы ұсынысы болып табылады. Адам ақылымен байытылған биосфера. Адамдардың ақылды іс-әрекеті биосфераның құрамын белсене өзгертедi және оның қайтымсыз эволюциясының барлық маңызды факторы болып қалыптасады. Ғалымдардың болжамдауынша, бізге жақын планета Марста тіршілік болмаса да, спора түріндегі бактерия типіндегі қарапайым ағзалардың бар екенін айтады. Ұқсас шарттарда мұзды Антарктидада микроағзалар табылды. Бір кездері Антарктида Гондван бiртұтас материктiң құрамындағы Жер экваторына жақын болған және тіршілік ежелгі уақыттан бастап сақталған. Табиғаттың барлық объектілері жүйе болып табылады. Тірі жүйелер күрделіліктің әр түрлі дәрежесіне ие – молекуладан бастап биосфераға дейін және ұйымдастырудың көп сатылы иерархиялық деңгей жиынтығында көрінеді. Тіршілікті ұйымдастырудың әрбір деңгейі өзінің спецификалық қасиетіне, өзінің даму, функциялық, құрылымдық заңдылықтарына ие, жаңа сапалы сипатқа ие бола алады. Принципиалды сапалы секіру макромолекулалық кешендерден жасушаларға өткен кезде байқалады, осыдан материя күрделілігінің анықталған деңгейінің қасиеті ретінде тіршіліктің сапасы анықталады. Жасуша, ағза, биогеоценоз аса тұрақты тірі жүйелер болып табылады.