I УРОВНИ БИО­ РАЗНООБРАЗИЯСИСТЕМНАЯ КОНЦЕПЦИЯ БИОРАЗНООБРАЗИЯ

По современным представлени­ям можно различать несколько уровней организации жизни (молекулярный, генетический, клеточный, организменный, популяционный, экосистемный, биосферный), каждый из которых обладает свойственным ему биоразнообразием.

При определении сущности живого с системных позиций, живое вместе с другими его качествами нужно рассматривать как дискретные материальные системы и комплексы систем. Концепция о живом как о системах взаимодействующих час­тей развивалась тремя путями (Матекин, 1982):

1) формирование знаний о взаимодействии частей, слагаю­щих организм, т. е. познания организма как целого;

2) развитие представлений о виде как взаимосвязанности индивидов;

3) развитие суждений о взаимоотношениях разных видов, обитающих совместно.

22

УРОВНИ БИОРАЗНООБРАЗИЯ

Несомненно, развитие трех этих направлений помогло ста­новлению общей теории систем, положения которой приложи­мы не только к живой, но и косной материи. Основу общей теории составляет ряд частных эвристических принципов ви­дения мира, которые позволяют открыть внутренние связи, существующие в пределах каждой формы материи и устано­вить взаимоотношения между формами материи.

Проследим развитие понимания организма как целого.

Жорж Кювье (1769-1832), формулируя в 1817 г. принцип корреляции, или принцип конечных причин, впервые указал на целостность живого организма. Он писал: «Всякое органи­зованное существо образует целое, единую замкнутую систе­му, части которой соответствуют друг другу и содействуют путем взаимного влияния одной конечной цели. Ни одна из этих частей не может измениться без того. Чтобы не измени­лись другие, и, следовательно, каждая из них, взятая отдель­но, указывает и определяет все другие».

Столь же весомый вклад в представление о системности живого внесен физиологией. Клод Бернар (1813-1878) наблю­дал изменение кровотока в ухе кролика после перерезки и раз­дражения симпатических нервных волокон. Так была откры­та вазомоторная, т. е. сосудодвигательная, функция нервной системы и установлено значение этой функции для регуляции теплоотдачи.

Открытие вазомоторной функции нервной системы рас­крывало новую сторону жизнедеятельности организма — его целостность.

Для развития идей об организме как целом чрезвычайно велико значение эмбриологических исследований. В 1924 г. Г. Мангольд, сотрудница лаборатории Г. Шпеманна, переса­дила участок губы бластопора одного зародыша на спинную сторону другого зародыша. В результате у реципиента разви­лась вторая нервная рубка и весь осевой комплекс органов.

Дальнейшая эволюция взглядов о взаимодействии частей в развивающемся организме выразилась в установлении трех этапов морфогенеза:

1) зависимых дифференцировок;

2) само дифференцировок;

3) развития функциональных связей как заключитель­ного периода в формировании окончательной структуры организма.

23

ГЛАВА I

На всех этапах морфогенеза отчетливо проявляется взаи­модействие возникающих структур, т.е. взаимодействие, ме­няющееся в своих масштабах, но, тем не менее, всегда являю­щееся внутренней причиной развития системы.

Существенная роль в становлении представлений о целост­ности организма принадлежит теории Н.И. Вавилова о гомоло­гической наследственной изменчивости (1920). С точки зрения Вавилова, мутационный процесс, лежащий в основе наслед­ственной изменчивости, при всей его случайности подчинен все же внутренним законам. Это выражено им в следующих словах: «Мутации в близких видах и родах идут, как правило, в одном и том же направлении». Вавилов считал, что в этом явлении нахо­дит отражение взаимодействие генов как исторически сложив­шихся комплексов. На основании теории Вавилова, генотип ста­ли понимать как глубоко интегрированную систему генов, способ­ную регулировать процессы наследственной изменчивости.

Второй путь к пониманию системности живого — анализ связи между индивидами в пределах вида.

Как известно, первое представление о виде сформулиро­вал Джон Рей (1627-1705), который считал, что вид — это собрание особей, как дети похожие на родителей.

К. Линней, описав более 4 тыс. видов животных и растений, четко обосновал понятие о мономорфизме видов, т. е. представ­ление о сходстве всех особей вида по всем признакам.

В 1910 г. была опубликована статья известного русского энтомолога П.П. Семенова-Тян-Шанского «Таксономические границы вида и его подразделения ». Эта статья едва ли не пер­вая фундаментальная работа, в которой путем обобщения на­копившихся данных было показано разнообразие внутриви­довых категорий.

Замена взглядов о структурированности вида на представ­ления о его системности способствовало развитию генетики. В 1931г. Н.И. Вавилов опубликовал статью «Линнеевский вид как система». В этой важнейшей для теории вида статье Вави­лов рассмотрел целостность вида с позиций генетики. Он при­шел к выводу, что разнообразие внутривидовых форм обуслов­лено неодинаковыми условиями среды с разным направлением естественного отбора. Но, вместе с тем, вид един, это единство Вавилов объясняет тем, что все структурные компоненты вида, т. е. внутривидовые формы, обмениваются генами. Таким об­разом, взаимосвязанность индивидов и их групп путем обмена

24

УРОВНИ БИОРАЗНООБРАЗИЯ

генами при скрещивании придает виду свойства системы. Но генотипические структуры аппарата наследственности ограни­чивают генетические связи индивидов, что и создает обособлен­ность видовых систем.

Вавилов писал: «Линнеевский вид, таким образом, в на­шем понимании, — обособленная, сложная, подвижная мор­фофизиологическая система, связанная в своем генезисе с оп­ределенной средой и ареалом». Таким образом, вклад таксо­номии в развитие общих представлений о системности живого заключался в формировании взглядов о виде как ограничен­ной или замкнутой системе генов, стабильное существование которой возможно лишь благодаря взаимодействию частей этой обособленной системы.

Третьим направлением, которое привело к понятию сис­темности в биологии, было развитие представлений о взаимо­связанности и взаимодействии разных видов, обитающих со­вместно. Этому типу взаимодействий, описываемых как аль­фа-, бета-, гамма-, дельта-, эпсилон- и омега-разнообразия посвящена шестая глава.

Итак, фундаментальные разделы биологии: физиология, морфология, эмбриология, генетика, экология, а также био­география показывают не только структурированность живо­го, но и непременное взаимодействие между структурами. Понимание и непрерывное углубление представлений об обя­зательности связей между структурами живого привело к то­му, что концепция системности живого, приложимая к клет­ке, организму, виду, биогеоценозу (экосистеме), биосфере прочно вошла в теорию биологии. Однако одним словом «сис­тема» еще не определено все то значение взаимодействий, без которых живое лишилось бы своей интегрирующей сущнос­ти. Эта теория сложилась как интеграция данных о системно­сти самых разных форм материи.

• Философские предпосылки обоснования общей теории систем можно найти у великого английского материалиста Фрэнсиса Бэкона (1561-1626). Бэкон писал, что никто не оты­щет природу вещи в самой вещи и изыскание должно быть расширено до более общего. Эта мысль может считаться едва ли не первым четким определением того, что всякое частное представляет собой элемент более общего.

В дальнейшем ученые разных стран неоднократно обра­щались к анализу связей между компонентами систем, при-

25

ГЛАВА I

чем и абиогенных, и биологической, и социальных. Суще­ственное обобщение в 1950-е годы было сделано австрийским математиком Людвигом фон Берталанфи.

1. Система — это комплекс элементов, находящихся во взаимодействии, при этом степень их взаимодействия такова, что делает неправомочным аналитический подход как метод изучения системы. В то же время целое не может быть описа­но теми же зависимостями, какими могут быть описаны про­цессы в элементах системы.

Следовательно, данный тезис общей теории систем пред­полагает необходимость особых методов для целостного изу­чения системы.

2. Наличие изоморфных, т. е. одинаковых, процессов в раз­ных категориях природных явлений требует общих законов.

3. Таким общим законом может быть известный принцип, сформулированный Ле Шателье: всякая система подвижного равновесия под действием внешнего воздействия изменяется так, что эффект внешнего воздействия сводится к минимуму.

Последний, очень важный тезис помогает представить, по крайней мере, конечные задачи исследования с помощью ме­тодов, которыми только и можно изучать целое как систему. Эти конечные задачи — определение устойчивости системы по конкретным параметрам. В биологии такими параметрами могут быть параметры гомеостазиса как организма, так и по­пуляции, и параметры индикаторов продуктивности сооб­ществ.

4. Свойство целого порождено свойствами элементов, в то же время свойства элементов несут свойства целого.

5. Не всегда и не только простые причинно-следственные отношения объясняют функционирование системы.

Справедливость этого тезиса подтверждается наличием и реальностью принципа обратной связи, на основании которо­го, как мы знаем, конечный эффект функционирования сис­темы может изменить начальные процессы, так что новый конечный эффект будет иметь обратное значение.

6. Источник преобразования системы лежит в самой сис­теме. В этом причина ее самоорганизованности.

7. Один и тот же материал или компонент системы может выступать в разных обличиях.

Берталанфи полагает, что развитие системного подхода заключается в переходе от вербальности (словесного описания)

26

УРОВНИ БИОРАЗНООБРАЗИЯ

к ограниченному математизированию, а далее к математичес­кому, а не физическому рассмотрению биологических систем. Следовательно, главное — математическое выражение соот­ношений между переменными, описывающими поведение си­стемы. Общая теория систем позволила, таким образом, уви­деть иерархию структур в живых системах и установить на­личие парциальных систем, т. е. более частных, входящих в состав общих.

Представление об иерархии систем стало той основой, на которой возникло и развилось понятие об уровнях организа­ции живой материи. Теперь принято говорить о молекуляр­ном, клеточном, организменном, популяционном й биоцено- тическом уровнях организации живой материи.

Далее принципы общей теории систем, как и принципы кибернетики, позволили установить, что целое воздействует на части путем определенных каналов управления. Такими каналами могут быть, прежде всего, генетическая система и системы, подобные тем, которые описываются системой регу­лярных синтезов, т.е. системой регуляционных метаболитов. Общая теория систем предполагает целостное понимание био­логических явлений, где все биохимические процессы регу­лируются геномом, геном не существует вне организма, орга­низм — вне вида, вид — вне экосистемы, а экосистема — вне географической среды.