Биологические системы

БИОЛОГИ́ЧЕСКИЕ СИСТÉМЫ биол. объекты разл. сложности (клетки и ткани, органы, системы органов и организмы, биоценозы и экосистемы, вплоть до биосферы в целом), имеющие, как правило, неск. уровней структурно-функц. организации. Представляя собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, Б. с. обладают свойствами целостности (несводимость свойств системы к сумме свойств её элементов), относит. устойчивости, а также способностью к адаптации по отношению к внеш. среде, развитию, самовоспроизведению и эволюции.

Любая Б. с. является динамической – в ней постоянно протекает множество процессов, часто сильно различающихся во времени. В то же время Б. с. – открытые системы, условием существования к-рых служит обмен энергией, веществом и информацией как между частями системы (или подсистемами), так и с окружающей средой. Важнейшая особенность Б. с. заключается в том, что такой обмен осуществляется под контролем спец. механизмов реализации генетич. информации и внутр. управления, к-рые позволяют избежать "термодинамической смерти" путём использования энергии, извлекаемой из внеш. среды. Устойчивость стационарных состояний Б. с. (сохранение постоянства внутр. характеристик на фоне нестабильной или изменяющейся внеш. среды), а также способность их к переходу из одного состояния в другое (свойство неустойчивости стационарных состояний Б. с.) обеспечиваются многообразными механизмами саморегуляции. В основе саморегуляции Б. с. лежит принцип обратной связи, отрицательной или положительной. Так, в цепи регулирования с отрицат. обратной связью информация об отклонении регулируемой величины от заданного уровня включает в действие регулятор, к-рый воздействует на регулируемый объект т. о., что регулируемая величина возвращается к исходному уровню (знак изменения её обратен знаку первонач. отклонения). Этот механизм, а также более сложные комбинации неск. механизмов могут функционировать на разных уровнях организации Б. с. (напр., на молекулярном – ингибирование ключевого фермента при избытке конечного продукта или репрессия синтеза ферментов, на клеточном – гормональная регуляция и контактное угнетение, обеспечивающие оптим. плотность клеточной популяции; на уровне организма – регуляция содержания глюкозы в крови, а в общем случае гомеостаз, обеспечивающий стабильность внутр. среды организма). Спец. механизмы положит. обратной связи (воздействие на регулируемый объект вызывает изменение, совпадающее по знаку с первонач. отклонением регулируемой величины, вследствие чего система выходит из данного стационарного состояния) лежат в основе перехода Б. с. из одного стационарного состояния в другое и основанных на этих переходах закономерных изменениях Б. с, обеспечивающих их адаптацию к изменяющимся внеш. условиям, перемещение, другие многообразные активные функции Б. с. и их эволюцию.

Сложные автономные (независимые от среды) движения Б. с. возможны благодаря множественности стационарных состояний Б. с., между к-рыми могут совершаться переходы. В нек-рых случаях новое состояние оказывается не стационарным, а автоколебательным, т.е. таким, в к-ром значения показателей колеблются во времени с постоянной амплитудой. Такие явления лежат в основе периодич. процессов в Б. с., временной организации Б. с., в основе функционирования биологических часов.

При анализе поведения и свойств Б. с. широкое применение находят разл. методы физич. и математич. моделирования, используются кибернетич. и термодинамич. подходы (см. "Термодинамика биологических систем"). Системный подход оказывается перспективным для решения мн. практически важных проблем (таких, напр., как создание замкнутых систем жизнеобеспечения, проблема заболеваний, связанных с нарушением гомеостаза и пр.).

Колебательные процессы в биологических и химических системах, т. 2, Пущино-на-Оке, 1971; Уотермен Т., Теория систем и биология, пер. с англ., Μ., 1971; Математич. модели биологических систем, Μ., 1971.