В связи с социализацией человека его биологическая роль постепенно теряет значимость. Происходит это не из-за достижения людьми высочайших уровней развития, а по причине осознанного отдаления от своего фактического «фундамента» (биосферы), давшей человеку возможность развиваться и построить современное общество. Но организм как биологическая система не может существовать вне биосферы, и потому должен рассматриваться только вместе с ней.
Популяция и общество
Любое общество – это самостоятельно регулируемая популяция, современный аналог разумной биологической системы (БС) в рамках биосферы. И человек – это, прежде всего, продукт эволюции БС, а не результат развития социального общества, что вторично. Строго говоря, общество – это некий частный пример популяции, которая также является БС, расположенная лишь на один уровень выше живого организма.
С точки зрения биологии этот термин характеризует встроенную в живую оболочку планеты систему из органов и тканей, имеющую свои механизмы влияния на места обитания и защитные реакции. Рассматривая организм как биологическую систему, легко выделить основные механизмы его жизнедеятельности, адаптации и регуляции своих функций. И в рамках данной публикации организм человека будет рассмотрен как цельная система с точки зрении ее критериев.
Терминология
Система – крупная совокупность некоторых взаимозависимых элементов, образующих определенную целостность (структуру), претерпевшую длительную эволюцию в ходе своего формирования.
Биологические системы – неделимые совокупности взаимосвязанных элементов, создающие живую оболочку планеты и входящие в ее состав, играющие критически важную роль в ее существовании. Примеры биологических систем: клетка, организм, макромолекулы, органеллы, ткани, органы, популяции.
Организм – сложно организованная самостоятельно регулируемая и активно функционирующая система, состоящая из органов и тканей или представленная одной биологической системой, образующая один объект живой природы. Организм активно взаимодействует с биологическими системами вышестоящего порядка (с популяцией и биосферой).
Регуляция – это упорядочивание, подчинение строгим правилам, создание условий для их выполнения и осуществления контроля. В контексте человеческого организма термин следует рассмотреть как процесс нормализации организменных функций.
Универсальное строение
Чтобы рассмотреть организм человека как биологическую систему (БС), следует выделить ее основные свойства и соотнести их. Итак, главное свойство БС – это их строение: все они состоят из органических молекул и биополимеров. Примечательно, что в БС представлены также неорганические вещества, которые являются атрибутами неживой природы. Однако они не являются формообразующими для биологической молекулы, органеллы, клетки или организма, а лишь встраиваются в эти системы.
Упорядоченность
Высокая степень упорядоченности – второе свойство систем. Так называемая иерархичность очень важна для функционирования биосферы по той причине, что вся ее структура построена по принципу усложнения простого и комбинирования элементарного. То есть более сложные компоненты живой оболочки земли (биологические системы) состоят из более мелких, расположенных ниже в иерархии.
Частным примером является эволюция жизни от макромолекулы до органического полимера, а затем до органеллы и субклеточной структуры, из которых позднее формируется ткань, орган и организм. Как целостная биологическая система такая иерархическая структура позволяет формировать все уровни живой природы и отслеживать взаимодействие между ними.
Целостность и дискретность
Одним из важнейших свойств любой БС является ее одновременная целостность и дискретность (частичность, компонентность). Это означает, что любой живой организм – биологическая система, целостная совокупность, сформированная из автономных компонентов. Сами автономные компоненты – это также живые системы, только лишь расположенные ниже в иерархии. Они могут существовать автономно, но в рамках организма подчиняются его регуляторным механизмам и образуют целостную структуру.
Примеры одновременной целостности и дискретности можно найти в любых системах разных уровней. Например, цитоплазматическая мембрана как целостная структура обладает гидрофобностью и липофильностью, текучестью и избирательной проницаемостью. Она состоит из макромолекул липопротеидов, которые обеспечивают только липофильность и гидрофобность, и из гликопротеидов, отвечающих за избирательную проницаемость.
Это является демонстрацией того, как совокупность дискретных свойств компонентов биологической системы обеспечивает функции более сложной вышестоящей структуры. Примером также служит целостная органелла, состоящая из мембраны и группы ферментов, унаследовавшая их дискретные качества. Или клетка, которая способна реализовывать все функции своих составных компонентов (органелл). Организм человека как единая биологическая система также подчиняется такой зависимости, так как демонстрирует общие качества, являющиеся частными для дискретных элементов.
Обмен энергией
Данное свойство биологической системы также универсально и прослеживается на каждом ее иерархическом уровне, начиная от макромолекулы и оканчивая биосферой. На каждом конкретном уровне оно имеет различные проявления. Например, на уровне макромолекул и доклеточных структур обмен энергией означает изменение пространственного строения и электронной плотности под действием рН, электрического поля или температуры. На уровне клетки обмен энергией следует рассматривать как метаболизм, совокупность процессов клеточного дыхания, окисления жиров и углеводов, синтеза и запасания макроэргических соединений, удаления продуктов обмена наружу клетки.
Обмен веществ организма
Организм человека, как биологическая система, также обменивается энергией с окружающим миром и трансформирует ее. К примеру, энергия химических связей углеводных и жировых молекул эффективно используется в клетках организма для синтеза макроэргов, из которых органеллам легче извлечь энергию для своей жизнедеятельности. В данной демонстрации имеет место трансформация энергии и ее накопление в макроэргах, а также реализация путем гидролиза фосфатных химических связей АТФ.
Самостоятельная регуляция
Данная характеристика биологических систем означает способность увеличивать или уменьшать свою функциональную активность в зависимости от достижения каких-либо состояний. Например, если бактериальная клетка испытывает голодание, то она либо движется в сторону источника питания, либо формирует спору (форму, которая позволит поддерживать жизнедеятельность до улучшения условий обитания). Если говорить кратко, организм как биологическая система имеет сложнейшую многоуровневую систему регуляции своих функций. Она состоит из:
- доклеточной (регуляция функций отдельных клеточных органелл, к примеру, рибосом, ядра, лизосом, митохондрий);
- клеточной (регулирование функций клетки в зависимости от внешних и внутренних факторов);
- тканевая регуляция (контроль скорости роста и размножения клеток ткани под действием внешних факторов);
- органная регуляция (формирование механизмов активации и ингибирования функций отдельных органов);
- системная (нервная или гуморальная регуляция функций вышестоящими органами).
Человеческий организм как саморегулирующаяся биологическая система имеет два главных регуляторных механизма. Это более древний в эволюционном плане гуморальный механизм и более современный – нервный. Это многоуровневые комплексы, способные регулировать скорость обмена веществ, температуру, рН биологических жидкостей и гомеостаз, способность защищаться от опасностей или обеспечивать агрессию, реализуют эмоции и высшую нервную деятельность.
Уровни гуморальной регуляции
Гуморальная регуляция – это процесс ускорения (или замедления) биологических процессов в органеллах, клетках, тканях или органах под действием химических веществ. И в зависимости от расположения их «мишени» выделяют клеточную, местную (тканевую), органную и организменную регуляцию. Примером клеточной регуляции является влияние ядра на скорость биосинтеза белка.
Тканевая регуляция – это выделение клеткой химических веществ (местных медиаторов), направленных на подавление или усиление функций окружающих клеток. К примеру, клеточная популяция, испытывающая кислородное голодание, выделяет факторы ангиогенеза, которые вызывают рост кровеносных сосудов по направлению к ним (в обедненные участки). Также примером тканевой регуляции является выделение веществ (кейлонов), способных подавлять скорость размножения клеток в определенном месте.
Этот механизм, в отличие от предыдущего, является примером отрицательной обратной связи. Он характеризуется как активное действие клеточной популяции, призванное подавлять какой-либо процесс в биологической ткани.
Высшая гуморальная регуляция
Человеческий организм как единая саморазвивающаяся биологическая система является эволюционным венцом, реализовавшим высшую гуморальную регуляцию. Она стала возможной благодаря развитию желез внутренней секреции, способных выделять гормональные субстанции. Гормонами называются специфические химические вещества, которые выделяются железами внутренней секреции непосредственно в кровь и воздействуют на органы-мишени, расположенные на большом удалении от места синтеза.
Высшая гуморальная регуляция также является иерархической системой, главным органом которой является гипофиз. Его функции регулируются неврологической структурой (гипоталамусом), располагающейся выше прочих в регуляторной иерархии организма. Под действием нервных импульсов гипоталамуса, гипофиз секретирует три группы гормонов. Они попадают в кровь и переносятся ею к органам мишеням.
У тропных гормонов гипофиза мишенью является нижестоящая гормональная железа, которая под действием этих веществ выделяет свои медиаторы, непосредственно влияющие на функции органов и тканей.
Нервная регуляция
Регуляция функций организма человека главным образом реализуется посредством нервной системы. Она управляет также и гуморальной системой, делая ее как бы своим структурным компонентом, способным более гибко влиять на функции организма. При этом нервная система также является многоуровневой. У человека она имеет самое сложное развитие, хотя и дальше чрезвычайно медленно совершенствуется и видоизменяется.
На данном этапе она характеризуется наличием функций, ответственных за высшую нервную деятельность: память, внимание, эмоциональность, интеллект. И, пожалуй, одним из главных свойств нервной системы является способность работать с анализаторами: зрительным, слуховым, обонятельным и прочими. Она позволяет запомнить их сигналы, воспроизводить их в памяти и синтезировать на их основе новую информацию, формируя также и чувственный опыт на уровне лимбической системы.
Уровни нервной регуляции
Человеческий организм как единая биологическая система имеет несколько уровней нервной регуляции. Их удобнее рассматривать по градационной схеме от низших уровней к высшим. Ниже прочих располагается вегетативная (симпатическая и парасимпатическая) нервная система, осуществляющая регуляцию своих функций независимо от высших центров нервной деятельности.
Она функционирует за счет ядра блуждающего нерва и мозгового слоя надпочечников. Примечательно, что самый низкий уровень нервной регуляции расположен максимально близко к гуморальной системе. Это снова демонстрирует одновременную и дискретность, и целостность организма как биологической системы. Строго говоря, нервная система, передает свои сигналы под действием ацетилхолина и электрического тока. То есть она на половину состоит из гуморальной системы передачи информации, что наблюдается в синапсах.
Высшая нервная деятельность
Выше вегетативной нервной системы располагается соматическая, которая состоит из спинного мозга, нервов, ствола, белого и серого вещества головного мозга, его базальных ядер, лимбической системы и других важных структур. Именно она отвечает за высшую нервную деятельность, работу с анализаторами органов чувств, систематизацию информации в коре, ее синтез и развитие речевой коммуникации. В конечном итоге, именно этот комплекс биологических структур организма ответственен за возможную социализацию человека и достижение его нынешнего уровня развития. Но без низкоуровневых структур их появление было бы невозможным, как исключается и существование человека вне привычной среды обитания.
