Основни свойства на живите системи
За да се разбере структурата и функционирането на екологичните системи, изглежда подходящо да се формулират най-общите свойства на живите системи на клетъчните и организмени нива на организация по отношение на физическата картина на света. Във втората глава основните характеристики на живите системи вече са изброени накратко. Това са структурна организация, способност за възпроизвеждане и самосглобяване, метаболизъм и енергия, раздразнителност, поддържане на постоянството на вътрешната среда, способност за адаптация. Тук ще разгледаме посредством какви условия и механизми се реализират основните свойства на живите системи.
Жив може да се нарече динамична система, която активно възприема и трансформира молекулярна и сигнална информация с цел самосъхранение. Информацията възниква в резултат на взаимодействието на енергийния поток с материализираната програма. Програмите могат да създават само биологични системи. Молекулярната информация е съвкупност от сигнали, предавани от определени молекули. Сигнал относно системен елемент е физически или химичен ефект, който променя функционирането на този елемент. Активното възприемане и трансформиране на информацията означава изпреварващ (защитен) отговор на външни влияния и свързаната с това промяна в системата. В ръководствата по биология обикновено се определя като свойство на раздразнителност. Консервативната реакция може да се осъществи по няколко начина: избягване на неблагоприятни ефекти, защитна реакция, регенерация, самовъзпроизвеждане. За възприемане и трансформиране на сигнали, които осигуряват реакции и самосъхранение на системата, са необходими следните условия:
1. Системата трябва да има относително стабилна структурна организация. Основата на структурната организация на по-голямата част от биологичните системи като индивиди е структурата на биологичните макромолекули, супрамолекулната структура на клетките и клетъчната структура на многоклетъчните организми.
2. Наличност концентриран енергиен резерв, които могат да се използват за възприемане на сигнали, реагиране на тях и поддържане на структурата. В живите системи тази енергия се съдържа в определени химически връзки на органични вещества.
3. За да се освободи енергия в дадена биосистема и да се превърне във физиологична работа, са необходими вещества, които намаляват потенциалните бариери от химични реакции (катализатори) и трансформират освободената химическа енергия във физиологична работа. Тези функции се осигуряват от ензимите.
4. В структури, изпълняващи информационна функция, те са кодирани програми за четене и внедряване на информация. Има два вида такива програми: а) програми за самовъзпроизвеждане, копиране на биосинтеза (генетична памет); те са кодирани в молекулярната структура на нуклеиновите киселини - ДНК и РНК; б) програми за бързо реагиране - индивидуални поведение (памет на сигнала); те се записват в системи от рефлекторни структури, включително сензорни елементи и контролни устройства.
5. Тъй като повечето от сигналите в живата система се предават от специални молекули, клетъчните структури, които ги възприемат - рецепторите - трябва да притежават свойството молекулярно разпознаване. Най-важните биологични процеси се основават на молекулярно разпознаване: ензимна активност, репликация на ДНК, биосинтез на протеини, самосглобяване на супрамолекулни структури, взаимодействие антиген-антитяло, химичен прием (вкус, мирис) и др.